Als zentrale Betätigungskomponente in den Batteriesystemen von Fahrzeugen mit neuer Energieversorgung verfügt das Hochspannungsrelais über eine Steuerlogik, die sich direkt auf den sicheren Betrieb des Antriebsstrangs des Fahrzeugs auswirkt. Gemäß der funktionalen Sicherheitsnorm ISO 26262 muss die Hochspannungs-Relaissteuerung die ASIL C-Anforderungen erfüllen und durch den kollaborativen Betrieb von Sensoren, Controllern und Aktoren eine präzise Steuerung der Ein- und Ausschaltsequenzen der Batterie ermöglichen. Insbesondere werden metallisierte Keramikkomponenten häufig als kritische Strukturelemente in Hochspannungsrelais verwendet; Dank ihrer außergewöhnlichen Isolationseigenschaften und ihrer hohen Temperaturbeständigkeit spielen sie eine entscheidende Rolle bei der Gewährleistung der Effizienz sowohl der elektrischen Isolierung als auch des Wärmemanagements.
Bei der Konstruktion von Hochspannungsschaltungen verwenden Relais typischerweise ein bipolares Konfigurationsschema-, bei dem jeweils ein Relais an den positiven und negativen Anschlüssen positioniert wird, um einen redundanten Schutzmechanismus einzurichten. Sollte ein einzelnes Relais nicht trennen, kann das Relais am gegenüberliegenden Anschluss weiterhin die Kontrolle über den Hochspannungskreis behalten und so die Systemsicherheit erheblich erhöhen. Dieses Design erfordert die Integration der Keramikmetallisierungstechnologie; Durch präzise Keramik-{5}}zu---Verbindungsprozesse gewährleistet es äußerst zuverlässige Verbindungen an der Keramik-{7}}Metall-Grenzfläche und verhindert so Schnittstellenausfälle, die durch Unterschiede in den Wärmeausdehnungskoeffizienten verursacht werden.
Die primären Fehlerarten von Hochspannungsrelais lassen sich in drei Kategorien einteilen: fehlendes Schließen, Kontaktschweißen (Klebenbleiben) und Kontaktprellen. Unter diesen stellt das Kontaktschweißen ein kritisches Risiko dar, da es dazu führen kann, dass der Hochspannungskreis in einem unbeabsichtigten Zustand unter Spannung bleibt, was möglicherweise die Gefahr einer elektrischen Überlastung auslöst. Um solche Fehler zu erkennen, setzt die Industrie häufig ein Hilfskontakt-Erkennungsschema ein, das die Echtzeitüberwachung der Spannungsparameter am Hochspannungsrelais (z. B. U1, U2 und U3) nutzt, um Statusdiagnosen durchzuführen. Wenn beispielsweise erkannt wird, dass U1 gleich U2 ist, kann festgestellt werden, dass am Pluspolrelais ein Schweißfehler aufgetreten ist. Bleibt U3 hingegen während der Vorladephase unverändert, kann ein Fehler im Minuspolrelais angezeigt werden. Diese Diagnoselogik basiert auf den stabilen elektrischen Eigenschaften von aluminiumoxidmetallisierter Keramik, um die Genauigkeit der Spannungssignalerfassung sicherzustellen.
Auf der Ebene des funktionalen Sicherheitsdesigns schreibt die ASIL-C-Bewertung die Implementierung mehrdimensionaler Sicherheitsmechanismen zur Risikokontrolle vor. In Übereinstimmung mit den ASIL-Zerlegungsregeln kann ein System ASIL-Anforderungen auf hoher-Ebene auf verschiedene Unter-Komponenten-verteilen, indem es beispielsweise eine ASIL C-Anforderung in eine Kombination aus ASIL C + QM oder ASIL B + ASIL A zerlegt- und so die Entwicklungskosten senkt und gleichzeitig die Erfüllung der Sicherheitsziele gewährleistet. Diese Zerlegungsstrategie erfordert eine strenge Kontrolle der Fertigungspräzision von präzisionsmetallisierten Aluminiumoxidkeramikkomponenten, um sicherzustellen, dass die Ausfallwahrscheinlichkeit jeder Unterkomponente den Anforderungen der zugewiesenen, zerlegten ASIL-Stufe entspricht.
Furthermore, the status monitoring of high-voltage relays must take into account the dynamic characteristics of the electrical load. During vehicle operation, the high-voltage circuit may be subjected to instantaneous surges of high current; this imposes rigorous demands on both the contact materials and the structural design of the relays. The utilization of High-Purity Alumina Precision Advanced Ceramic Metallization Parts effectively enhances the relay's resistance to arc erosion and improves its anti-welding performance, thereby extending its operational lifespan. Concurrently, by utilizing the controller to perform real-time acquisition and analysis of voltage parameters, it is possible to achieve early fault warning and proactive protection, thereby mitigating the risk of vehicle power interruption caused by relay failure.
Aus technischer Sicht müssen Steuerstrategien für Hochspannungsrelais entsprechend der spezifischen elektrischen Architektur des jeweiligen Fahrzeugmodells optimiert werden. Beispielsweise wird während der Vorladephase durch die präzise Steuerung der Schließsequenz des Vorladerelais (Sp) der Einschaltstrom im Hochspannungskreis effektiv unterdrückt. Umgekehrt ermöglicht die Überwachung des Spannungstrends am Punkt U2 während des Abschaltvorgangs die Erkennung von Kontaktverschweißungen (Klebeproblemen) am Minuspol des Relais (Sp) und stellt so die Zuverlässigkeit der Abschaltlogik sicher. Die erfolgreiche Umsetzung dieser Steuerstrategien hängt von der mechanischen Festigkeit und Dichtungsintegrität des metallisierten Keramikgehäuses für Leistungshalbleiter ab, die den stabilen Betrieb der Relais unter komplexen Betriebsbedingungen gewährleistet.
Da die Technologie neuer Energiefahrzeuge immer weiter voranschreitet, entwickelt sich die Hochspannungs-Relaissteuerung in Richtung größerer Intelligenz und höherer Integrationsgrade weiter. Durch den Einsatz innovativer Keramik-{2}zu---Verbindungstechniken ist es möglich, Miniaturisierungs- und Leichtbauziele für Relais zu erreichen und gleichzeitig die elektromagnetische Verträglichkeit und Umweltbeständigkeit des Systems zu verbessern. Mit Blick auf die Zukunft wird die Hochspannungs-Relaissteuerung durch die Integration fortschrittlicher Sensortechnologien mit KI-Algorithmen eine präzisere Fehlervorhersage und ein genaueres Gesundheitsmanagement ermöglichen und so die kontinuierliche Verbesserung der Sicherheitsleistung in Fahrzeugen mit neuer Energie vorantreiben.
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