Entladewiderstände spielen eine entscheidende Rolle bei der sicheren Entladung von Zwischenkreis-Kondensatoren (DC-Link). Diese Komponenten entladen den Strom nach dem Abschalten eines Elektrofahrzeugs und wandeln die Energie in Wärme um. Dadurch wird eine sichere Entladung des Zwischenkreis-Kondensators gewährleistet.
Für eine sichere Entladung existieren gesetzliche Vorschriften sowie verschiedene technische Umsetzungsmöglichkeiten. Welche Maßnahmen erforderlich sind, wird im Folgenden erläutert.
Laut geltenden Vorschriften müssen Zwischenkreis-Kondensatoren und andere Kapazitäten nach dem Ausschalten der Zündung innerhalb von maximal 5 Sekunden auf unter 60 V entladen sein. Sobald die Fahrzeugbatterie nach dem Abstellen des Fahrzeugs vom Zwischenkreis getrennt ist, verbleibt Restenergie in den Kapazitäten. Diese muss rasch abgebaut werden, um die Sicherheit zu gewährleisten.
Entladewiderstände von Miba, auch genannt DIScharge Resistors, sorgen dafür, dass dieser Entladevorgang im Zwischenkreis-Kondensator schnell und zuverlässig erfolgt. Diese Vorschrift gilt für alle elektrisch betriebenen Fahrzeuge, die auf öffentlichen Straßen fahren, wie HEV, PEV, BEV und FEV. Da der Trend zur Elektrifizierung auch in Bereichen wie Baumaschinen, landwirtschaftlichen Fahrzeugen und Sondermaschinen zunimmt, gewinnt das Thema sichere Entladung auch dort an Bedeutung.
Beim Single-Puls-Entladeverfahren wird die gesamte im Kondensator gespeicherte Energie auf einmal in den Entladewiderstand eingespeist. Dies führt insbesondere zu Beginn des Entladevorgangs zu einem hohen Energiefluss, wodurch es zu einer starken Erhitzung kommt. In der Endphase nimmt die Energieumsetzung jedoch deutlich ab.
Um diesen thermischen Belastungen standzuhalten, muss der Widerstand eine hohe Wärmekapazität besitzen. Dementsprechend groß müssen sie dimensionierte sein, um die Wärme sicher abzuleiten. Der Vorteil dieser Methode liegt in der unkomplizierten Handhabung, da keine zusätzliche Ansteuerelektronik notwendig ist.
Der Nachteil ist jedoch der ungleichmäßige Entladeverlauf, der durch die hohe Energieumwandlung in der Anfangsphase ein großes Gehäuse und Kühlfläche benötigt. Dadurch steigen sowohl Material- als auch Herstellungskosten.
Beim Entladen des Zwischenkreis-Kondensators mittels Leistungskonstante ist eine intelligente Ansteuerung erforderlich, die dem Widerstand mehrere leistungskonstante Pulse in hoher Frequenz zuführt. Dies gewährleistet eine gleichmäßige Entladeenergieverteilung über den gesamten Prozess.
Da die Anfangsenergie in diesem Verfahren geringer ist, können die Entladewiderstände kompakter und leichter gebaut werden. Im Gegensatz zur Single-Puls-Entladung erfolgt die Energiefreisetzung gleichmäßig über den gesamten Entladezeitraum, was eine kontrollierte Wärmeentwicklung ermöglicht.
Der einzige Nachteil dieser Methode ist die Notwendigkeit einer leistungskonstanten Ansteuerung des Widerstandes, die jedoch mit geringen Kosten realisierbar ist. In vielen Fällen kann sie mit bereits vorhandenen ICs umgesetzt werden, wodurch der Aufwand minimal bleibt.
Die Vorteile der leistungskonstanten Methode überwiegen deutlich:
Kompaktere Entladewiderstände für Kondensatoren sind kostengünstiger herzustellen als große, während die erforderliche Ansteuerelektronik nur einen geringen finanziellen Mehraufwand bedeutet. In der Gesamtkalkulation ist die Kombination aus kleinem Widerstand und intelligenter Steuerung rund 40 % kosteneffizienter als ein großer Widerstand beim Single-Puls-Verfahren.
Zusätzlich bietet die kleinere Bauweise neue Möglichkeiten in Bezug auf Gehäuseform und Montageoptionen, etwa die direkte Integration an der Platine.
Das spezielle Schaltungsdesign der leistungskonstanten Pulsentladung des Zwischenkreis-Kondensators reduziert die Größe des Entladewiderstands und spart damit Kosten, Platz und Gewicht. Darüber hinaus kann eine Temperaturüberwachung integriert und mehrere Widerstände können in einem Bauteil integriert werden (zum Beispiel für aktive und passive Entladung).
Die leistungskonstante Entladung bietet also durch ihre kompakte Bauweise, das geringere Gewicht und die gleichmäßige Energiefreisetzung klare Vorteile gegenüber dem Single-Puls-Verfahren.
