So

19

Okt

2014

HV-Sicherung

Funktion

Eine Sicherung wird hauptsächlich dazu eingesetzt, um eine Leitung im Kurzschlussfall zu schützen. Sie verhindert eine Überhitzung der Leitung und somit einen möglichen Kabelbrand.

 

Der Schutz eines elektrischen Gerätes bzw. einer Komponente ist also nicht die primäre Aufgabe einer Sicherung.

 

Hochvoltsicherungen werden im Elektrofahrzeug in der Zuleitung von HV-Verbrauchern eingesetzt, z.B. von Antrieb, Heizung, Klimakompressor, DCDC-Wandler und anderen HV-Komponenten.


Details

Es gibt zwei Arten von Sicherungen

  • AC-Sicherung für Wechselspannung
  • DC-Sicherung für Gleichspannung

Eine AC-Sicherung wird nur dort eingesetzt, wo mit Wechselspannung gearbeitet wird. Z.B. im Haushalt oder in der Industrie.

 

Für ein Elektrofahrzeug muss eine DC-Sicherung verwendet werden, da die Hochvoltbatterie im Fahrzeug eine reine Gleichspannung liefert.


 

Im Gegensatz zu einer Wechselspannung besteht bei einer Gleichspannung die Gefahr, dass sich ein Lichtbogen nach dem Auslösen in der Sicherung bilden und nicht von alleine erlöschen kann. Das ist begründet durch den fehlenden Nulldurchgang der Gleichspannung. Um dem entgegenzuwirken, wird für die DC-Sicherungen in der Regel eine längere Trennstrecke und ein etwas anderes Gehäuse eingesetzt.

 

Eine reine AC-Sicherung kann deshalb aus diesen Gründen nicht als DC-Sicherung eingesetzt werden.

 

Sicherungen für hohe Spannungen und Ströme sind mit einem Quarzsand gefüllt, der zum einen den Druck durch das explosionsartige Verdampfen des Metallstreifens dämpfen und zum anderen die Bildung eines Lichtbogens verhindern soll.

 

Anwendung

Zur Auswahl der richtigen Sicherung müssen die folgenden drei Werte ermittelt werden.


Die Daten für die Auswahlkriterien werden aus den Kenndaten des Verbrauchers ermittelt.

Im folgenden Beispiel wird die Sicherung für den Elektroantrieb ermittelt.


 

Es stehen z.B. von  Bussmann DC-Sicherungen vom Typ FWH 500V für verschiedene Bemessungsströme zur Verfügung.


  • Rated Current RMS-Amps = Bemessungsstrom
  • Pre-arc = Schmelzintegral; gibt die Menge an Energie an, die benötigt wird, um die Sicherung soweit zum Schmelzen zu bringen, bevor es zum Lichtbogen kommt
  • Clearing at 500V= Ausschaltintegral bei 500V; gibt die Menge an Energie an, die benötigt wird, damit die Sicherung den Stromkreis vollständig unterbricht
  • Watts Loss = Verlustleistung bei RMS Current


Das Schmelzintegral ist ein physikalischer Wert, mit dem das Verhalten von Sicherungen beschrieben und untereinander verglichen werden kann. Es zeigt u.a., ob es sich um eine träge oder eine flinke Sicherung handelt.


Für den Langzeitbereich wird das virtuelle Schmelzintegral herangezogen, das zur Bestimmung der Auslösezeit verwendet wird. 

  • Für einen maximalen Strom von 650A für 2 Minuten kommt die Kennlinie der 400A Sicherung FWH-400A in Betracht.
  • Mit der FWH-400A Sicherung ist ein Dauerstrom von 465A für ca. 2x10³ Sekunden »30 Minuten möglich. Ein Wert, der in der Realität nicht erreicht werden kann, da 465A für 0,5 Stunden einer Kapazität von ca. 230Ah entsprechen, die Batterie jedoch theoretisch maximal 200Ah zur Verfügung stellt.

Theoretisch kann die Sicherung mit 650A für 5 Minuten betrieben werden. Dieser Wert wird jedoch nur bei einer Umgebungstemperatur von 21°C erreicht, da die Kennlinien nur für diese Temperatur gültig sind. Bei höheren Temperaturen kann die Sicherung bereits früher auslösen.

  • Bei einem Kurzschlussstrom von 2000A, löst die FWH-400A spätestens nach 100ms aus. 

 

Die FWH-500A würde bei einem Kurzschlussstrom von 2000A erst nach ca. 2 Sekunden auslösen, was viel zu lange dauern würde.

Es ist deshalb wichtig, die richtige Sicherung für das System auszuwählen, um die maximale Sicherheit im Fahrzeug zu gewährleisten.


Einsatz der HV-Sicherung im Elektrofahrzeug

Die HV-Sicherung sollte so nah wie möglich an der HV-Batterie platziert werden.

Im Idealfall ist die HV-Sicherung zusammen mit den Schützen in der HV-Batterie montiert.

Ist das nicht möglich, so sollte das HV-Kabel von der HV-Batterie zu den Schützen und der Sicherung so kurz wie möglich gehalten und gut geschützt verlegt werden.


Je nach Leistung des Verbrauchers sollte auch die Verlustleistung der Sicherung berücksichtigt und für ausreichend Kühlung gesorgt werden.

 

Es gibt verschiedene Arten von Sicherungen, die für den Einsatz im Elektrofahrzeug in Frage kommen.

Im Folgenden eine Auflistung einiger Sicherungen.


 

Zu meinem Entsetzen muss ich immer wieder feststellen, dass sogenannte ANL Sicherungshalter in Antriebssträngen von DIY-Elektrofahrzeugen verbaut werden.

Diese ANL Sicherungshalter sind für die Aufnahme von 12V Streifensicherungen gedacht und werden hauptsächlich für die Absicherung von hochleistungsfähigen HiFi Komponenten im Fahrzeug verwendet. Wie in der vorhergehenden Tabelle bereits beschrieben, sind sie auf keinen Fall für hohe Spannungen ausgelegt!

Meistens werden die Kabel in dem Sicherungshalter verschraubt. Gerade für den Antriebsstrang sollten die Verbindungen sehr niederohmig und sicher sein, was durch diese Art von Verschraubung nicht gegeben ist. Eine niederohmige und sichere Verbindung kann durch Crimpen und anschließendem Verschrauben eines Ringkabelschuhs gewährleistet werden.


HV-Sicherung - Elektrofahrzeug-Umbau.de.
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