Dr. Florian Weyland von Vishay Intertechnology erläuterte die Notwendigkeit strengerer Anforderungen an Sicherheitskondensatoren, die beim Laden von Elektrofahrzeugen (EV) verwendet werden, und skizzierte einige der Methoden, mit denen Probleme vermieden werden können.

 

„Sicherheitskondensatoren, auch als Entstörkondensatoren bekannt, sind feste Bestandteile in Netzteilen und Stromversorgungen… (und) werden aufgrund der Elektrifizierung von Fahrzeugen und ihrer zunehmend hohen Versorgungsspannungen auch in der Automobilindustrie verstärkt eingesetzt, was neue Anforderungen notwendig macht,“ stellte Weyland fest.

 

Die Nachfrage nach Elektrofahrzeugen ist in den letzten Jahren gestiegen, sowohl bei Hybrid- als auch bei vollelektrischen Fahrzeugen. „Der Gesetzgeber treibt diesen Trend mit Auflagen zur Reduzierung der Kohlendioxidemissionen voran. Der Einsatz von Elektromotoren setzt voraus, dass klassische Kraftstoffe wie Benzin oder Diesel durch elektrochemische Energiespeichersysteme wie Batterien ersetzt werden. Bekanntlich werden Batterien nicht an der Zapfsäule, sondern an einer Steckdose oder einer Ladestation mit Gleichspannung geladen. Dazu benötigt das Fahrzeug eine Ladeelektronik, auch als On-Board-Charger (OBC) bekannt, mit entsprechender AC/DC-Wandlung,“ erklärte er.

 

Ähnlich wie bei Ladegeräten und Netzteilen für Mobiltelefone unterscheiden sich bei Elektrofahrzeugen die Anforderungen an Sicherheits kondensatoren , weshalb für OBCs spezielle, automotive-qualifizierte Sicherheitskondensatoren verwendet werden müssen.

Sicherheitskondensatoren müssen von einer offiziellen Stelle geprüft und zertifiziert werden und unterliegen der Norm IEC 60384-14.

„Sicherheitskondensatoren leiten hochfrequente Störsignale — elektromagnetische Störungen (EMI) und Hochfrequenzstörungen (RFI) — zum Chassis-Erdpunkt oder zum Neutralleiter ab und schließen diese Störung dadurch kurz. Die Reduzierung von EMI gewährleistet die elektromagnetische Verträglichkeit (EMV). Darüber hinaus müssen Sicherheitskondensatoren überhöhte Spannungen auf der Versorgungsseite abfangen und so eine Einkopplung in das Stromversorgungssystem verhindern. Diese Sicherheitskondensatoren werden in zwei Klassen unterteilt — X-Kondensatoren und Y-Kondensatoren (Abb. 1 )“. 

Abb. 1: Anschluss von Sicherheitskondensatoren der Klasse X (links) und Klasse Y (rechts) (Bild: Vishay Intertechnology)

 

Folienkondensatoren sind dank ihrer selbstheilenden Eigenschaften die erste Wahl als Klasse-X-Kondensatoren und bieten die Vorteile einer hohen erreichbaren Kapazität, einer stabilen Kapazität und eines stabilen Verlustfaktors über den gesamten nutzbaren Temperaturbereich. Keramik-Scheibenkondensatoren hingegen bieten die höchste Spannungsfestigkeit und sind die bevorzugte Lösung für Klasse-Y1-Anwendungen.

„Welcher Kondensatortyp für die Ladeelektronik in einem EV/HEV-Fahrzeug in Betracht gezogen wird, hängt von der Schaltung, den erwarteten Spannungsimpulsen und den am Sicherheitskondensator anliegenden Wechselspannungen ab. Abb. 2  zeigt den Anwendungsbereich für verschiedene Sicherheitskondensatorlösungen in Abhängigkeit von der Kapazität und der Wechselspannungsfestigkeit.

Abb. 2: Klassifizierung von Folienkondensatoren, MLCCs und Keramik-Scheibenkondensatoren mit Kapazitätsbereichen im Vergleich zur Wechselspannungsfestigkeit (Bild: Vishay Intertechnology)

Es gibt zudem automotive-qualifizierte Folien- und Keramikkondensatoren, die die automobilen Anforderungen sogar noch übertreffen“.

Der Automotive Electronic Council (AEC) definiert und veröffentlicht die Anforderungen an elektronische Komponenten in der Automobilindustrie.