Die Unterstützung hinter der Sicherheit und Zuverlässigkeit von Fahrzeugen mit neuer Energie

Trotz des Subventionsrückgangs bleiben die Investitionen in Fahrzeuge mit alternativer Antriebstechnologie, insbesondere in Elektrofahrzeuge, in meinem Land hoch, wenn man die neuen Projekte betrachtet, über die in letzter Zeit in den Medien berichtet wurde. Auf dem „2017 China Electric Vehicle Hundred People Forum“, das Anfang dieses Jahres stattfand, sagte der Minister für Industrie und Informationstechnologie, Miao Wei, dass das Ministerium für Industrie und Informationstechnologie die Führung bei der Ausarbeitung des „Mittel- und langfristigen Entwicklungsplans für die Automobilindustrie“ übernommen habe. Darin seien die Entwicklungsziele klar definiert: Die jährliche Produktion von Fahrzeugen mit alternativen Antrieben in China soll bis 2020 zwei Millionen erreichen und der Anteil der Verkäufe von Fahrzeugen mit alternativen Antrieben an den Gesamtverkäufen in China soll bis 2025 mehr als 20 % erreichen.

Auch im Ausland treiben immer strengere Vorschriften zur Energieeinsparung und Emissionsreduzierung die künftige Entwicklung von Fahrzeugen mit alternativen Antrieben voran. McKinsey wies in einem früheren Bericht darauf hin, dass Elektrofahrzeuge bis 2030 50 % des weltweiten Neuwagenabsatzes ausmachen werden.

Die zukünftige Entwicklung von Fahrzeugen mit neuer Energie kann als „Feld der Hoffnung“ bezeichnet werden. Für Unternehmen ergänzen sich Chancen und Herausforderungen jedoch schon immer.

Derzeit sind mit neuen Energien betriebene Fahrzeuge, insbesondere Elektrofahrzeuge, noch immer mit Problemen wie Sicherheitsrisiken, geringer Reichweite, unzureichender Zuverlässigkeit der Systemarchitektur, ungleichmäßiger Produktqualität, hohen Kosten und Schwierigkeiten beim Aufladen konfrontiert. Die größte Herausforderung besteht dabei in der Sicherheit und Zuverlässigkeit des Systems. Denn egal, wie zukunftsweisend die Technologie ist oder wie attraktiv die Vorzugspolitik ist, für die Marktentwicklung und die Verbraucher sind „Sicherheit und Zuverlässigkeit“ die wichtigsten und grundlegendsten Garantien.

Dies erfordert, dass alle relevanten Fertigungsunternehmen neben Durchbrüchen bei Schlüsseltechnologien wie Batterien, Motoren und elektronischen Steuerungen auch Erfolge bei zentralen Basiskomponenten wie Steckverbindern, Sensoren, Schützen und Relais erzielen. Auch diese „Nebenfunktionen“, die ursprünglich im traditionellen Automobilbereich eingesetzt wurden, nehmen mit der umfassenden Verbesserung der elektronischen und elektrischen Architektur an Zahl zu und spielen eine wichtige unterstützende Rolle für die Zuverlässigkeit und Perfektion der gesamten Systemarchitektur.

Verbinden, erfassen und schützen in der neuen elektrischen Architektur

Nehmen wir beispielsweise die Systemarchitektur eines Elektrofahrzeugs, so besteht sie aus mehreren Hauptkomponenten, darunter Batterien, Antriebsmotoren und elektronische Steuerungen, Hochspannungsverteilerkästen, Ladesysteme und Hochspannungs-Zusatzelektrogeräte. Unabhängig davon, ob es sich um die Komponenten selbst oder die gesamte Systemarchitektur handelt, geht es um Verbindung, Erfassung und Schutz. Verbindung und Erfassung bilden die Grundlage, und Schutz wird durch Verbindung und Erfassung erreicht. Im Vergleich zu herkömmlichen Fahrzeugen sind diese Kernkomponenten jedoch aufgrund der Hochspannungs- und Hochstromsystemarchitektur strengeren Anforderungen und Herausforderungen ausgesetzt.

Da es sich bei Steckverbindern um zentrale Grundkomponenten handelt, die für die elektrische Verbindung von Schaltungssystemen erforderlich sind, werden bei hohen Spannungen und hohen Strömen die Anforderungen an Strombelastbarkeit, Spannungsfestigkeit und Zuverlässigkeit weiter erhöht. Darüber hinaus sind elektromagnetische Störungen bei derart hohen Leistungen ein weiteres wichtiges Problem für Steckverbinder. Gleichzeitig entstehen beim Ein- und Ausstecken unter Spannung an Hochspannungskreisen Lichtbögen, die elektrische Anschlüsse und elektronische Geräte ernsthaft gefährden und zu Autobränden führen können. Diese Probleme erfordern eine spezielle Konstruktion und Entwicklung von Steckverbindern.

Was den Hauptschütz betrifft, der die Leistungsbatterie mit dem Wechselrichter verbindet und von diesem trennt, so muss dieser aufgrund der neuen Architektur des elektrischen Systems nicht nur sehr hohe Dauerströme bewältigen, sondern auch Überlastströme sicher trennen. Bei einem Kurzschluss der Batterie müssen diese Schütze Tausende von Ampere übertragen können, bis die Hauptsicherung den Stromkreis unterbricht. Gemäß der Verordnung „ECE R-100, Batteriebetriebene Elektrofahrzeuge“ der Wirtschaftskommission für Europa müssen batteriebetriebene Fahrzeuge grundsätzlich mit Schutzeinrichtungen wie Sicherungen, Leistungsschaltern oder Hauptschützen ausgestattet sein, um eine Überhitzung der Antriebsbatterie durch Überstrom zu verhindern.

Schauen wir uns eine weitere Kernkomponente an – den Sensor. Nach Ansicht einschlägiger Experten geht der Entwicklungstrend bei Sensoren für reine Elektrofahrzeuge in Zukunft in Richtung Miniaturisierung, Multifunktionalität, Integration und Intelligenz. Dies erfordert, dass der Sensor nicht nur über geringe Größe, niedrigen Preis und hohe Zuverlässigkeit verfügt, sondern auch hinsichtlich Genauigkeit, Funktionalität und Intelligenz weiter verbessert wird.

Zusätzlich zu den oben genannten drei Komponententypen gibt es auch grundlegende Komponenten wie Stromkreisschutzschalter, manuelle Wartungsschalter, Relais, Kabelbäume usw., die im Rahmen der neuen elektrischen Architektur ebenfalls aktualisiert werden müssen. Für OEMs ist die Innovation einzelner Komponenten sicherlich wichtig, doch wichtiger ist ihnen die Stabilität und Zuverlässigkeit des Systems, und sie benötigen eine „zuverlässigere“ Systemlösung.

Als Reaktion darauf hat TE Connectivity (TE), ein weltweit führendes Unternehmen im Bereich Verbindungs- und Sensorlösungen, seine umfassende Erfahrung in der Erzeugung, Übertragung und Verteilung von Hochspannung genutzt und bereits vor mehreren Jahren begonnen, seine Produkte im Bereich der mit alternativen Antrieben betriebenen Fahrzeuge kontinuierlich zu verbessern und zu erneuern, mit dem Ziel, sichere und zuverlässige Systemlösungen anzubieten. Derzeit gibt es in vielen Bereichen der neuen elektrischen Architektur passende Lösungen, um den Herausforderungen bei der Entwicklung von Fahrzeugen mit neuer Energie zu begegnen.

Systemlösungen „begleiten“ jeden Aspekt der elektrischen Architektur

●Der Anschluss und Schutz des Akkupacks ist ein entscheidender Teil der Fahrzeugsicherheit

Als wichtigste Komponente und Energiequelle von Fahrzeugen mit alternativer Antriebstechnologie ist der Akku nicht nur schwer, sondern weist auch eine relativ komplexe Struktur auf. Es besteht aus mehreren Batteriemodulen, die jeweils aus mehreren bis Dutzenden Batteriezellen bestehen. Unter anderem erfordert die Strom- und Signalübertragung zwischen Modulen, zwischen Batteriezellen und innerhalb des Batteriemanagementsystems (BMS), das die Batteriezellen verwaltet, verschiedene Verbindungen sowie eine Strom- und Temperaturüberwachung. Zudem muss die Batterie über einen Hochspannungsanschluss verfügen, um Strom nach außen zu übertragen. Daher ist die Zuverlässigkeit der Zellverbindung, der Modulverbindung, der Hoch- und Niederspannungsschnittstelle sowie der Strom- und Temperaturüberwachung von entscheidender Bedeutung.

Darüber hinaus kam es in den letzten Jahren häufig zu Explosionen und Selbstentzündungen bei Fahrzeugen mit alternativer Antriebstechnologie, die meist ebenfalls mit den Batterien in Zusammenhang stehen. Laut Li Wanxiang, General Manager für Vertrieb und Marketing der Automobil-Geschäftseinheit von TE in Großchina, „ist der Kontakt und die Trennung des Stromkreises unter Hochspannung sehr gefährlich und kann leicht Lichtbögen erzeugen. Bei unsachgemäßer Handhabung kann das Produkt explodieren und brennen.“ Dies stellt eine große Herausforderung an die Gestaltung der Vorladeschaltung, die Anpassung von Sicherungen und Schützen usw. dar.

Man kann sagen, dass der Anschluss und Schutz des Batteriepakets ein entscheidender Teil der Fahrzeugsicherheit ist. In dieser Hinsicht haben die Automobilhersteller neben der Bereitstellung von Batteriezellenanschlussplatinen (ICBs), Modulanschlusslösungen (M2M), Niederspannungssignalsteckverbindern und Stromsensoren auch die anspruchsvollen Hochspannungs- und Hochstromsteckverbinder sowie Hochspannungsschütz-Produktreihen von TE vollauf anerkannt.

Hochleistungssteckverbinder für hohe Ströme und optimierte Größe. Das Hochspannungssteckverbindersystem AMP+ HVP 800 von TE überträgt sicher hohe Ströme und Spannungen von Batterien zu Wechselrichtern und Motoren und verwendet dabei bis zu 250 A in 50 mm² großen Leitern. Diese Steckverbinder-Produktlinie zeichnet sich durch einen großen Temperatur- und Drahtgrößenbereich sowie mehrere narrensichere Designoptionen aus und ist daher für eine breite Palette von Hybrid- und Elektrofahrzeuganwendungen geeignet. Die Montage wird durch einen zusätzlichen Zuganker vereinfacht, der eine geringe Einsteckkraft ermöglicht. Es versteht sich, dass TE neben dem Hochspannungssteckverbinder HVP800 auch HVP1100, PCON21 und andere Hochspannungs- und Hochstromsteckverbinderprodukte entwickelt hat.

AMP+ HVP 800 Hochspannungs-Steckverbindersystem von TE

Eine Kombination aus Hochspannungssicherungen und Hochspannungsschützen, die Schaltlichtbögen wirksam unterdrücken. Wie der Kraftstofftank in einem herkömmlichen Auto müssen auch die Energiespeichersysteme in Hybrid- und Elektrofahrzeugen vor thermischer Überlastung geschützt werden. Um den Strom nach dem Abstellen des Fahrzeugs oder einem Fehler rechtzeitig zu blockieren, wird in der Verbindung zwischen der Leistungsbatterie und dem Stromkreis üblicherweise eine Kombination aus Hochspannungssicherungen und Hochspannungsschützen verwendet. Das Hochspannungsschütz EVC 250 von TE ist ein Sicherheitsgerät, das speziell für diese Anwendungsanforderungen entwickelt wurde. Das Produkt verfügt über einen größeren Kontaktabstand und eine optimierte Schaltleistung. Es verfügt über einen leistungsstarken Lichtbogenlöschmagneten und kann in Kombination mit weiteren Maßnahmen den Schaltlichtbogen wirksam unterdrücken. Es kann einen kontinuierlichen Nennstrom von 250 A erreichen und Überströme von bis zu 6.000 A für 20 ms bewältigen, ohne dass die kritische Leistung beeinträchtigt wird. Erwähnenswert ist, dass die Schaltkammer des Hochspannungsschützes EVC 250 so optimiert wurde, dass auch bei niedrigem Druck in bis zu 5.000 Metern Höhe eine vollständige Stromunterbrechung gewährleistet ist.

Hochspannungs-Hauptschütz EVC 250 von TE

Zusätzlich zum Hochspannungsschütz EVC 250 hat TE auch eine Reihe von Hochspannungsschützen und vorgeladenen Relais wie EVC500, EVC135, EVC175 und HV Mini-k entwickelt. Neben den Sicherheitsvorrichtungen hat TE auch einen manuellen Wartungsschalter (MSD) speziell entwickelt, um Sicherheitsrisiken durch unsachgemäße Bedienung während der Wartung des Batteriepacks zu begegnen.

„Das Verantwortungsbewusstsein von TE für Sicherheit ist ein Schlüsselfaktor bei der Entwicklung neuer Produkte. Wir stellen sicher, dass wir für alle Anwendungen sichere und zuverlässige Lösungen anbieten. Darüber hinaus gelten in China mittlerweile sehr strenge Anforderungen an die Energiedichte von Akkupacks. Alle Hersteller von Akkupacks möchten möglichst viel Strom auf kleinstem Raum speichern. Daher gelten für sie sehr strenge Anforderungen an den Platzbedarf von Steckverbindern und anderen Zusatzkomponenten. Um dieser Forderung gerecht zu werden, verwenden wir nun 0,5-mm-Steckverbinder.“ fügte Li Wanxiang hinzu.

● Die Verbesserung der Ladetechnologie ist entscheidend für die Entwicklung neuer Energien

In den letzten zwei Jahren hat eine Reihe von Bränden bei Elektrofahrzeugen, die durch das Aufladen verursacht wurden, das Thema der Sicherheit von Fahrzeugen mit neuer Antriebsenergie erneut in den Vordergrund gerückt. Bei TE stand die Sicherheit bei seinen Ladekabelprodukten immer an erster Stelle und das Unternehmen hat alle für Ladelösungen erforderlichen Ressourcen entwickelt: von Kabeln bis zu Schützen, von Messgeräten bis zu Kartenlesern, von Bildschirmen bis zu Steckdosen. In Bezug auf Sicherheit und Zuverlässigkeit verfügt das Ladesystem von TE über Überwachungs-, Erkennungs- und Schutzfunktionen, darunter: Erdungsüberwachung, Erkennung von Verdrahtungsfehlern, Vermeidung von Über- und Unterspannung, die den Ladevorgang beeinträchtigen, Kurzschlussschutz bei Überstrombedingungen, Relaisdiagnose und Überhitzungsschutz usw.; Dadurch wird die Sicherheit des gesamten Ladevorgangs gewährleistet.

Neben Batterien und Ladesystemen umfasst die elektrische Architektur auch viele Aspekte der Verbindungserfassung und des Schutzes von Motoren, elektronischen Steuerungen und elektrischen Hochspannungshilfsgeräten, wie z. B. abgeschirmte Hochspannungsverbindungen, Resolver, Temperatursensoren, Klemmenblöcke und Niederspannungssignalverbindungen. TE verfügt aktuell über systematische Lösungen passend zu diesen Komponenten.

„Als Teilelieferant möchte TE sein Fachwissen voll ausspielen, um die schnelle Entwicklung der chinesischen Branche für Fahrzeuge mit alternativen Antrieben zu fördern. Hinsichtlich der Sicherheit von Fahrzeugen mit alternativen Antrieben werden wir einerseits die Anforderungen der Automobilhersteller und Systemlieferanten strikt befolgen, um die Zuverlässigkeit und Konsistenz unserer Produkte zu gewährleisten. Andererseits werden wir aus professioneller Sicht entsprechende Vorschläge unterbreiten, um die Kundenzufriedenheit in Bezug auf die gesamte Architektur zu verbessern. Dies ist unsere Verantwortung und unsere Mission.“ sagte Li Wanxiang in einem Interview.

Dies erinnerte den Reporter an einen Kommentar von Ouyang Minggao, Professor an der Tsinghua-Universität, auf einem früheren Branchenforum: „Die Entwicklung von Fahrzeugen mit alternativen Antrieben schreitet rasant voran, aber zu viel Dynamik ist nicht unbedingt gut. Kommt es zu einem schweren Sicherheitsunfall, ist dies ein verheerender Schlag für die gesamte Branche der Fahrzeuge mit alternativen Antrieben. Dies erfordert besondere Aufmerksamkeit und die Unternehmen müssen Ehrfurcht davor haben.“ Zu den „Unternehmen“ zählen hier nicht nur die OEMs, sondern auch verschiedene Teilelieferanten in der Industriekette. Lasst uns einander Mut machen!

Als Gewinner des Qingyun-Plans von Toutiao und des Bai+-Plans von Baijiahao, des Baidu-Digitalautors des Jahres 2019, des beliebtesten Autors von Baijiahao im Technologiebereich, des Sogou-Autors für Technologie und Kultur 2019 und des einflussreichsten Schöpfers des Baijiahao-Vierteljahrs 2021 hat er viele Auszeichnungen gewonnen, darunter den Sohu Best Industry Media Person 2013, den dritten Platz beim China New Media Entrepreneurship Competition Beijing 2015, den Guangmang Experience Award 2015, den dritten Platz im Finale des China New Media Entrepreneurship Competition 2015 und den Baidu Dynamic Annual Powerful Celebrity 2018.