1500V-Relais für Vorlade-Schaltungen in EV-Ladesystemen

Hochspannungs-Gleichstromarchitekturen werden zunehmend in Energiespeicheranlagen und Ladeinfrastrukturen für Elektrofahrzeuge eingesetzt. In diesen Systemen schützt eine kontrollierte Vorladung der DC-Link-Kondensatoren die Leistungselektronik vor hohen Einschaltströmen. Kompakte Schaltkomponenten, die diese Funktion übernehmen und sich gleichzeitig in Leiterplatten integrieren lassen, gewinnen daher an Bedeutung. In diesem Zusammenhang hat OMRON Electronic Components das Relais G9KJ vorgestellt, das als PCB-Montagealternative zu Kontaktoren für Vorladeschaltungen mit Spannungen bis zu 1500 V DC ausgelegt ist.

Vorlade-Schaltungen in Hochspannungs-Leistungssystemen
In leistungselektronischen Systemen wie Energiespeichersystemen (ESS) und Schnellladeeinrichtungen für Elektrofahrzeuge begrenzen Vorladeschaltungen den anfänglichen Stromstoß beim Laden der Kondensatoren im DC-Zwischenkreis. Ohne kontrollierte Vorladung können hohe Einschaltströme Bauteile wie Hauptkontaktoren, DC-Link-Kondensatoren und Schutzschaltungen stark belasten.

Das Relais G9KJ ist dafür ausgelegt, in diesen Schaltungen als Vorlade-Schalter zu fungieren. Beim Systemstart leitet das Relais den Strom zunächst über einen Pfad mit hohem Widerstand, wodurch die Kondensatoren schrittweise geladen werden, bevor der Hauptstrompfad aktiviert wird. Diese Sequenz reduziert die elektrische Belastung der Hauptschaltkomponenten und kann unerwünschte Systemresets oder Schutzabschaltungen verhindern.

Das Relais unterstützt einen Einschaltstrom von 25 A sowie einen Dauerstrom von 5 A (0 A Abschaltstrom) und ist für DC-Link-Spannungen bis zu 1500 VDC spezifiziert.

Kompakte Relaisbauform für die Leiterplattenintegration
Bei Vorladeschaltungen in Hochspannungsanwendungen kommen häufig mechanische Kontaktoren zum Einsatz, die mehr Bauraum benötigen und zusätzliche Verdrahtung oder Montageelemente erfordern. Das G9KJ-Relais bietet eine Alternative zur direkten Leiterplattenmontage und lässt sich unmittelbar in leistungselektronische Baugruppen integrieren.

Das Relais hat Abmessungen von 37,2 mm × 25,5 mm × 17 mm und verfügt über eine Type-1A-Konfiguration (SPST-NO). Durch die direkte PCB-Montage kann der Systemaufbau vereinfacht und die Verdrahtung im Vergleich zu externen Kontaktoren reduziert werden.

Zu den elektrischen Eigenschaften zählen ein maximaler Kontaktwiderstand von 100 mΩ sowie eine Spulenleistungsaufnahme von 530 mW, was eine effiziente Integration in Hochspannungs-Schaltstufen unterstützt.

Anforderungen durch steigende Systemspannungen
Der Bedarf an Hochspannungs-Schaltkomponenten wächst, da sowohl Energieinfrastrukturen als auch Elektromobilität auf höhere Betriebsspannungen umgestellt werden.

In netzgekoppelten Energiespeichersystemen werden häufig Spannungen im Bereich von 600 V bis 1000 V eingesetzt, um großskalige Batteriespeicher zur Stabilisierung erneuerbarer Energiequellen zu betreiben. Gleichzeitig entwickeln sich Elektrofahrzeuge zunehmend in Richtung Batteriearchitekturen von 800 V bis 1500 V, um schnellere Ladezeiten zu ermöglichen, Ströme zu reduzieren und die Effizienz des Antriebsstrangs zu verbessern.

Vorladeschaltungen sind ein wesentlicher Bestandteil dieser Hochspannungs-Leistungsstufen, da sie Kondensatoren und Schaltbauteile während des Systemstarts schützen.

Relaislösung für Vorlade-Schaltungen in Hochspannungsdesigns
Mit einem speziell für Vorladeschaltungen ausgelegten Relais bietet das G9KJ eine Alternative zu allgemeinen Hochspannungsbauteilen. Entwickler können damit Vorladeschaltungen mit geeigneten elektrischen Spezifikationen auslegen und gleichzeitig Anforderungen an Baugröße, Kosten und Zuverlässigkeit berücksichtigen.

Typische Anwendungen umfassen Batterie-Energiespeichersysteme, Schnellladeinfrastruktur für Elektrofahrzeuge sowie andere Hochspannungs-Gleichstromsysteme der Leistungselektronik, bei denen eine kontrollierte Aufladung der Kondensatoren erforderlich ist, bevor der Hauptstrompfad aktiviert wird.

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