AEC-Q200-qualifizierte Sicherungen in der Automobilumgebung

Sicherungen werden seit den Anfängen des elektrischen Lichts im späten neunzehnten Jahrhundert als wichtige Schutzeinrichtungen eingesetzt. Sie schützen Geräte vor Fehlern wie Kurzschlüssen, die an einer Last auftreten, indem sie den Stromfluss unterbrechen. Diese Unterbrechung kann die Verkabelung, elektronische Geräte und die Last vor Schäden schützen. Daher können Sicherungen das Risiko von Personen- und Sachschäden minimieren.

Der Schutz, den Sicherungen bieten, ist besonders für den wachsenden Automobilmarkt und die steigende Nachfrage nach Elektrofahrzeugen von Vorteil. Mit der Energieumwandlung von Elektrofahrzeugen und der ständig wachsenden Anzahl elektronischer Systeme ist der Schutz von Stromkreisen ein Muss, um die zahlreichen Geräte in einem Elektrofahrzeug zu schützen.

Kfz-Sicherungen

Die typische Kfz-Sicherung basiert darauf, dass ein leitendes Element schmilzt. Es entsteht ein Lichtbogen, der die Verbindung in einen offenen Stromkreis verwandelt. Der Stromimpuls (Stärke, Form und Zeit), die Umgebungstemperatur und die Eigenschaften der Sicherung bestimmen die Temperatur im Sicherungselement, bei der dies geschieht. Die Zeit-Strom-Kurve (TCC genannt) bei verschiedenen Sicherungsnennströmen hilft dabei, die Unterbrechungszeit für einen bestimmten Strom zu bestimmen. Zusammen mit der Schmelzenergie I² × t, ist dies ein wichtiges Kriterium bei der Bestimmung einer geeigneten Sicherung für die jeweilige Anwendung.

Kfz-Sicherungen haben sich weiterentwickelt, um den sich ändernden Anforderungen der Industrie gerecht zu werden. In den 1960er Jahren wurden üblicherweise Glasrohrsicherungen verwendet, aktuell sind es die kompakteren Blattsicherungen. Die meisten von ihnen sprechen schnell an (innerhalb weniger Millisekunden), was gut ist, um Schäden an empfindlicher Elektronik zu vermeiden, aber schlecht für Motoren, da der Einschaltstrom beim Anfahren hoch ist. Für diese Anwendung wurden träge Sicherungen entwickelt, bei denen die Ansprechzeit in der Größenordnung von mehreren Sekunden liegen kann. Zu den weiteren charakteristischen Anforderungen an Sicherungen, die in Kraftfahrzeuganwendungen eingesetzt werden, gehören:

• Höhere Spannungen von bis zu 800 V für den sich ändernden Bus werden bald erwartet. Aus diesem Grund sind Nennwerte von mehr als 1000 V erforderlich, wobei der bei diesen Spannungen entstehenden Bogenentladung große Aufmerksamkeit geschenkt werden muss, um Schäden am Stromkreis zu vermeiden.
• Hohe Zuverlässigkeit aufgrund des Risikos von Unfällen bei Ausfällen.
• Großer Bereich der Umgebungstemperatur. Im Motorraum verwendete Sicherungen können Temperaturen von -40 ˚C bis +150 ˚C oder mehr ausgesetzt sein.
• Größe, Gewicht und Formfaktor sind die wichtigsten Ziele für die Minimierung aller in einem Elektrofahrzeug verwendeten Komponenten, da die Fahrzeugleistung und die Reichweite bei einer bestimmten Batterieladung erhöht werden müssen.
• Vibrationsfestigkeit ist aufgrund der unterschiedlichen Straßenbedingungen und Fahrprofile eine wichtige Anforderung.

Die Automobilnorm AEC-Q200

Chrysler, Ford und General Motors gründeten in den 1990er Jahren den Automotive Electronics Council (AEC), um ein gemeinsames Qualitätssystem zu schaffen und die Qualifikationsstandards für Automobilanwendungen zu vereinheitlichen. Die Norm AEC-Q200 regelt die Qualifizierung von passiven Bauteilen durch Belastungstests. Die frühere Revision D der AEC-Q200, die seit Juni 2010 in Kraft ist, umfasste Bauteile wie Widerstände, Kondensatoren, Transformatoren, Resonatoren, Quarze, rücksetzbare Sicherungen, Thermistoren und Varistoren. Diese Norm behandelt zwei Hauptbeanspruchungskategorien für die passiven Bauteile:

• Umweltbelastungen wie Temperaturschwankungen, Feuchtigkeitsschwankungen, Lagerung bei hohen Temperaturen und Tests zur Lebensdauer bei hohen Temperaturen.
• Physische Belastung wie Vibration, mechanischer Schock, Lötbarkeit und Beständigkeit gegen Lötwärme, Entflammbarkeit, Anschlussfestigkeit und Beständigkeit gegen Lösungsmittel.

Bei der im März 2023 veröffentlichte Aktualisierung Rev E der AEC-Q200 sind die Zuverlässigkeitsanforderungen für Sicherungen hinzugefügt. Wie in Bild 1 dargestellt, enthält Rev E eine umfassende Liste von Stresstests, die sowohl die oben genannten Umwelt- als auch die physischen Stressfaktoren umfassen.

Die Belastungsbedingungen der Norm AEC-Q200 Rev. E sind strenger als die typischen Tests für Nicht-Automobile. Einige wichtige Tests wurden hinzugefügt, wie z. B. der 1000-Stunden-Lebensdauertest bei der maximalen spezifizierten Betriebstemperatur. Die Prüfmethodik für Sicherungen erfordert Widerstandsmessungen vor und nach der Belastung sowie Strombelastbarkeits- und Überlasttests nach der Belastung. Ziel der AEC-Q200 Rev. E ist es, eine gemeinsame Norm zu schaffen, die Hersteller für die Entwicklung und Prüfung von Sicherungen für den Automobilmarkt verwenden können.

Gemäß AEC-Q200 Rev E qualifizierte Sicherungen

Littelfuse führte in den 1930er Jahren die ersten Kfz-Sicherungen ein, und seine ATO-Blattsicherungen gelten als weltweiter Standard. Das Unternehmen trug zur Entwicklung der Qualifikationsbelastungstests der Rev E für Sicherungen bei, da ihre internen Qualifikationstests für Kfz-Sicherungen bereits mit der AEC-Q200 Rev E abgestimmt waren.

Bild 2 zeigt die Palette der von Littelfuse hergestellten Sicherungen für Kfz-Anwendungen. Es gibt sie in verschiedenen Bauformen wie Patronensicherungen und Sicherungen für die Durchkontaktierung oder Oberflächenmontage.

Einzelheiten zu einigen der AEC-Q200-qualifizierten Sicherungen sind:

• Die Patronensicherung der Serie 828 verfügt über eine Hochspannungsfestigkeit von 1000 V_DC mit einer Unterbrechungsfestigkeit von 10 kA bei der Nennspannung. Sie sind für OBC und PDU bestimmt.
• Die oberflächenmontierbare Serie 885 Nano2 ist für eine Nennspannung von bis zu 500 V_DC mit einer verfügbaren Unterbrechungsleistung von 1500 A bei 350 V_DC ausgelegt. Diese kompakten Sicherungen können in Li-Ionen-Batteriepacks, dem BMS und HV-DC/DC-Wandlern eingesetzt werden.
• Die oberflächenmontierbaren Dünnschicht-Chipsicherungen der Serie 437A bieten Nennspannungen von 32 V_DC bis 125 V_DC und einen Unterbrechungswert von 50 A bei der Nennspannung. Mit ihrem geringen Platzbedarf und ihrer schnellen Reaktionszeit eignen sie sich ideal für den Sekundärschutz von kompakter Automobilelektronik wie LED-Scheinwerfern, Navigationssystemen, TFT-Displays usw.
• Die Serie PICOII 521 ist eine sehr flinke Sicherung in einem platzsparenden Subminiatur-Gehäuse mit durchkontaktierbarem Keramikkörper. Die Nennspannung beträgt 75 V, der Unterbrechungsstrom 300 A bei Nennspannung. Diese können für den BMS-Schutz verwendet werden.

Fazit

Elektrofahrzeuge benötigen immer mehr elektronische und elektrische Leistungsumwandlungskomponenten und -module. Sicherungen spielen eine entscheidende Rolle für die Sicherheit, nicht nur für die elektronischen Komponenten, die Verkabelung und die Geräte, die sie schützen, sondern auch für die Personen, die das Fahrzeug bedienen. Die Aufnahme von Sicherungen in die AEC-Q200-Qualifikationsnormen stellt sicher, dass diese wichtigen Komponenten einen einheitlichen Standard erfüllen. Littelfuse verfügt über eine Reihe von AEC-Q200-qualifizierten Sicherungen, die in einer Vielzahl von EV-Überstromschutzanwendungen eingesetzt werden können. (bs)