- Maximale Sicherheit gewährleisten – Verletzungsrisiken für Insassen vermeiden, das Fahrzeug schützen und den Ruf des Herstellers wahren.
- Fahrzeuge so effizient wie möglich betreiben – damit Fahrzeughalter häufiges Aufladen vermeiden und größere Strecken zurücklegen können.
Die Umsetzung dieser beiden Ziele stellt die Ingenieure jedoch vor komplexe Herausforderungen. Immer kürzere Ladezeiten erfordern höhere Spannungen (800 V). Aufgrund dieser zunehmenden Komplexität ist die Antriebsstrangkonstruktion moderner Elektrofahrzeuge von entscheidender Bedeutung. Hersteller müssen daher hochentwickelte Fahrzeugvernetzungen mit den notwendigen Überwachungs- und Diagnosefunktionen entwickeln.

Zugriff auf essenzielle Daten:
Elektrische Antriebe benötigen eine leistungsstarke Datenerfassungsinfrastruktur, um ihre Effizienz und Sicherheit zu gewährleisten. Mithilfe dieser Infrastruktur werden die verschiedenen Elemente des Antriebsstrangs permanent überwacht. Jede Störung wird an das zuständige Steuergerät (ECU) gemeldet, das dann entsprechende Korrekturmaßnahmen einleitet. Wie wir sehen werden, erfordern die konstruktionsbedingten Einschränkungen von Elektrofahrzeugen zudem spezifische technische Eigenschaften dieser Infrastruktur (und ihrer Komponenten).

Wichtige Komponenten eines Elektrofahrzeug-Antriebsstrangs:
Die sechs Hauptsysteme eines Elektrofahrzeug-Antriebsstrangs sind:
- Das On-Board-Ladegerät (OBC): Es lädt die Batterie, indem es Wechselstrom in Gleichstrom umwandelt.
- Der Akku: Hier wird die geladene Energie gespeichert und steht zur Abgabe bereit.
- Der Traktionswechselrichter: Er wandelt den Gleichstrom des Akkus in Wechselstrom um, der den Elektromotor des Elektrofahrzeugs antreibt.
- Die Motorsteuerung: Digitale Schaltkreise erfassen die vom Fahrer auf Brems- und Gaspedal ausgeübte Kraft und wandeln sie in Befehle um, die das Motordrehmoment verändern (zum Beschleunigen oder Verzögern des Fahrzeugs).
- Das Batteriemanagementsystem (BMS): Es überwacht verschiedene Parameter im Akku, um die einwandfreie Funktion jeder Zelle zu gewährleisten.
- Der DC/DC-Wandler: Er reduziert die Batteriespannung, sodass diese für andere Funktionen (z. B. Beleuchtung, Klimaanlage, Infotainment usw.) genutzt werden kann.
Das Bordcomputersystem (OBC), das Batteriemanagementsystem (BMS), der Traktionswechselrichter, der Motorantrieb und die Motorsteuerung müssen kontinuierlich Echtzeitdaten an ihre jeweiligen Steuergeräte (ECUs) senden bzw. von diesen empfangen. Diese Echtzeitdaten ermöglichen eine höhere Antriebseffizienz, eine längere Fahrzeuglebensdauer, eine gesteigerte Zuverlässigkeit und ein höheres Maß an Sicherheit.

Datenabhängigkeit in Elektrofahrzeugen:
Es ist bekannt, dass die Akkus von Elektrofahrzeugen aus Lithium-Ionen-Zellen bestehen und die potenzielle Brandgefahr berücksichtigt werden muss. Daher ist eine kontinuierliche Systemüberwachung unerlässlich. Durch die Erfassung von Echtzeitdaten der Zellen, wie Temperatur, Spannung und Stromstärke, ermittelt das Batteriemanagementsystem (BMS) den Gesamtzustand des Akkus. Es stellt sicher, dass jede Zelle innerhalb ihrer sicheren Betriebsparameter bleibt.
Mithilfe seiner zahlreichen Diagnosefunktionen kann das BMS potenzielle Probleme in einer Zelle erkennen, die zu Überhitzung führen könnten, und diese abschalten (um ein gefährliches thermisches Durchgehen zu verhindern). Tritt jedoch ein schwerwiegenderes Problem auf, das einen großen Teil des Akkus betrifft, muss das Fahrzeug möglicherweise vollständig abgeschaltet werden.
Das BMS kann auch den Zellausgleich durchführen. Innerhalb des Akkus gibt es Unterschiede in der Zellkonstruktion, wobei einige Zellen mehr Ladung speichern können als andere. Der Zellausgleich sorgt für eine bessere Ladungsverteilung im Akku, sodass Zellen mit geringerer Leistung länger halten.
Andere Komponenten, wie der Bordcomputer (OBC), der Traktionswechselrichter usw., benötigen Daten, um schnell auf sich ändernde Antriebsbedingungen reagieren zu können. Wie das Batteriemanagementsystem (BMS) benötigen auch Steckverbinder eine Hochgeschwindigkeitsverbindung für einen deterministischen Betrieb.

Wesentliche Verbindungsanforderungen:
Der Einsatz von Steckverbindern in Automobilanwendungen erfordert mehrere wesentliche Eigenschaften. Da der Platz begrenzt ist, müssen die Abmessungen der Steckverbinderkomponenten dies berücksichtigen und gleichzeitig eine hohe Kontaktdichte gewährleisten. Die ausgewählten Steckverbinder müssen robust genug sein, um den anspruchsvollen Umgebungsbedingungen in Automobilanwendungen standzuhalten. Sie müssen stoß-, vibrations- und temperaturbeständig sein. Darüber hinaus ist ein vollständiger Schutz vor Staub und Feuchtigkeit erforderlich.
Sie müssen außerdem hohe Datenraten gemäß den Anforderungen moderner Fahrzeugkommunikationsnetzwerke unterstützen und eine hohe Signalintegrität gewährleisten (trotz der elektromagnetischen Störungen im Einsatzgebiet). Mechanismen zur Vermeidung von Steckfehlern während der Montage werden empfohlen. Schließlich erfordert der zunehmende Wettbewerb im Bereich der Elektromobilität, dass die verwendeten Steckverbinder preisgünstig sind und die Materialkosten nicht übermäßig erhöhen.

Kompakte Verbindungslösung mit hoher Dichte:
Mehrere Hersteller haben den Archer Kontrol für die Antriebsstränge ihrer Elektrofahrzeugmodelle entwickelt, und Harwin hat sich in diesem wachsenden Anwendungsbereich einen hervorragenden Ruf erworben. Diese äußerst zuverlässigen Board-to-Board-Steckverbinder werden in On-Board-Controller (OBCs), Motorsteuerungen und Traktionswechselrichter integriert. Sie bieten Automobilingenieuren alle wesentlichen technischen Eigenschaften für die Dateninfrastruktur von Elektrofahrzeugantrieben und sind für Käufer wirtschaftlich optimal positioniert. Dank ihrer geringen Größe und der Möglichkeit zur vertikalen oder horizontalen Montage lassen sich diese Steckverbinder mit 1,27 mm Rastermaß auch in beengten Räumen einsetzen.

Neben einer Temperaturbeständigkeit bis 125 °C (um der Hitze in Antriebsmodulen standzuhalten) zeichnen sich diese Komponenten durch eine außergewöhnliche Vibrationsfestigkeit aus (zyklisch getestet bei 10–2.000 Hz, 1,5 mm, 198 m/s² (20 G) über 12 Stunden). Dank ihrer Übertragungskapazität von 3 Gbit/s unterstützen sie problemlos die Datenraten von Ethernet-basierten Fahrzeugkommunikationsnetzwerken. Es werden hochbeständige Phosphorbronze-Kontakte mit Gold-Zinn-Beschichtung verwendet. Diese Kontakte sind in robusten Kunststoffgehäusen mit UL94V-0-Zertifizierung für Flammschutzmittel eingebettet.
Archer Kontrol-Steckverbinder sind vollständig geschirmt (um Beschädigungen zu vermeiden) und verfügen über eine integrierte Polarisierung, die sie vor Steckfehlern in den Produktionslinien der Fahrzeughersteller schützt. Verschiedene Stapelhöhen von 8 mm bis 20 mm bieten mehr Flexibilität und ermöglichen passende Kombinationen für spezifische Designanforderungen. Zusätzlich sind anschlussfertige Kabelkonfektionen (in Längen von 150 mm und 300 mm) mit Zugentlastungsbefestigungen erhältlich.

Fazit:
Die Datenerfassung und -übertragung in Echtzeit sind grundlegend für den langfristigen Betrieb von Elektrofahrzeugen und ermöglichen eine höhere Effizienz des Antriebssystems, eine längere Batterielebensdauer und mehr Sicherheit. Harwin arbeitet eng mit vielen der weltweit führenden Elektrofahrzeughersteller zusammen und liefert ihnen die benötigten Steckverbinder, damit ihre Antriebsstränge Höchstleistungen erzielen. Dank dieser sich stetig weiterentwickelnden Verbindungstechnologie und innovativer Verbesserungen wird die nächste Generation von Elektrofahrzeugen die Markterwartungen noch besser erfüllen.