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Welche Sicherungen verwenden Elektroautos? Typen, Einsatzbereiche und Auswahlkriterien

Elektroautos verfügen über komplexe elektrische Systeme, die hohe Spannungen und große Ströme sicher bewältigen müssen. Im Gegensatz zu herkömmlichen Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor arbeiten Elektrofahrzeuge mit Hochvoltbatterien, deren Spannung je nach Fahrzeugarchitektur typischerweise 400 V oder 800 V und bei bestimmten Systemen bis zu 1.000 V erreichen kann.

Diese hohen elektrischen Anforderungen machen spezielle Schutzkomponenten erforderlich. Eine besonders wichtige Rolle spielt dabei die elektrische Sicherung.

Doch welche Sicherungen werden in Elektroautos verwendet? Die Antwort lautet: Vor allem spezielle Hochvolt-Gleichstromsicherungen (DC-Sicherungen). Dazu gehören insbesondere zylindrische Sicherungen sowie verschraubte Flachsicherungen mit quadratischer Bauform, beispielsweise NH-Sicherungen.

Sie schützen Batterien, Wechselrichter, Elektromotoren, Ladegeräte und weitere elektrische Komponenten vor Überströmen und Kurzschlüssen.

In diesem Beitrag erfahren Sie, welche Sicherungstypen in Elektrofahrzeugen zum Einsatz kommen, wo sie installiert werden und welche technischen Eigenschaften bei der Auswahl entscheidend sind.

1. Warum benötigen Elektroautos spezielle Sicherungen?

Herkömmliche Fahrzeuge verfügen überwiegend über elektrische Niedervolt-Systeme mit 12 V oder 24 V. Diese werden normalerweise durch klassische Kfz-Sicherungen geschützt.

Elektroautos besitzen dagegen zusätzlich ein Hochvoltsystem, das die Energie aus der Traktionsbatterie an den Elektromotor und weitere elektrische Verbraucher überträgt.

Dabei können sehr hohe Ströme auftreten. Insbesondere bei Kurzschlüssen können erhebliche Fehlerströme entstehen, die innerhalb kürzester Zeit zu Überhitzung, Schäden an elektrischen Komponenten oder sogar Bränden führen können.

Spezielle EV-Sicherungen erfüllen deshalb mehrere wichtige Aufgaben:

• Schutz der Hochvoltbatterie vor Überströmen und Kurzschlüssen.

• Schutz von Wechselrichtern und Leistungselektronik.

• Absicherung von Ladegeräten und Ladesystemen.

• Vermeidung von Überhitzung elektrischer Leitungen und Komponenten.

• Unterbrechung gefährlicher Gleichstrom-Fehlerströme.

• Verbesserung der elektrischen Sicherheit und Zuverlässigkeit des Fahrzeugs.

Ein wesentlicher Unterschied zwischen AC- und DC-Anwendungen liegt in der Lichtbogenlöschung. Bei Wechselstrom gibt es regelmäßige Nulldurchgänge, die das Löschen eines Lichtbogens erleichtern. Bei Gleichstrom fehlt dieser natürliche Effekt.

Hochvolt-DC-Sicherungen müssen deshalb speziell konstruiert sein, um auch bei hohen Gleichspannungen und großen Fehlerströmen eine sichere Stromunterbrechung zu gewährleisten.

2. Welche Sicherungstypen werden in Elektroautos verwendet?

In Elektrofahrzeugen kommt nicht nur ein einziger Sicherungstyp zum Einsatz. Je nach Stromkreis, Spannung, Stromstärke und Einbausituation werden unterschiedliche Bauformen benötigt.

Zu den wichtigsten Bauformen gehören zylindrische Hochvoltsicherungen und verschraubte Sicherungen mit quadratischer Bauform.

A. Zylindrische EV-Sicherungen

Zylindrische Sicherungen besitzen einen runden Sicherungskörper mit metallischen Endkappen oder Anschlusskontakten. Sie sind in verschiedenen Abmessungen und Stromstärken erhältlich.

Sie werden unter anderem in folgenden Bereichen eingesetzt:

• Hochvoltbatterien und Batteriemodulen.

• On-Board-Chargern.

• Elektrischen Hilfsstromkreisen.

• Gleichstromverteilungen.

• Bestimmten Hochstromanwendungen.

Wichtige Eigenschaften zylindrischer EV-Sicherungen:

• Kompakte Bauform für platzsparende Installationen.

• Verschiedene Durchmesser und Baugrößen.

• Verfügbar mit Klemm- oder Schraubanschlüssen.

• Spezielle Hochvolt-Ausführungen für Gleichstromanwendungen.

• Verschraubte Varianten für eine zuverlässige mechanische Befestigung.

• Je nach Baureihe für hohe Stromstärken geeignet.

Einige spezielle Hochstromausführungen können Stromstärken von mehreren hundert Ampere unterstützen.

B. Quadratische Flachsicherungen und NH-Sicherungen

Quadratische Flachsicherungen besitzen einen rechteckigen Sicherungskörper mit flachen Metallkontakten. Diese werden häufig direkt mit Stromschienen oder anderen elektrischen Anschlüssen verschraubt.

Sie eignen sich besonders für leistungsstarke elektrische Anwendungen.

Typische Einsatzbereiche sind:

• Hauptabsicherung der Traktionsbatterie.

• Schutz von Hochvolt-Gleichstromverbindungen.

• Hochstrom-Stromverteilungssysteme.

• Leistungsstarke Batteriekreise.

• Elektrische Nutzfahrzeuge und schwere Elektrofahrzeuge.

Wichtige Eigenschaften quadratischer Sicherungen:

• Für hohe Strombelastungen ausgelegt.

• Robuste und mechanisch stabile Schraubverbindungen.

• Hohe Kurzschluss-Ausschaltfähigkeit.

• Zuverlässige elektrische Kontaktierung.

• Geeignet für anspruchsvolle Hochstromanwendungen.

• Teilweise mit Meldestift zur Fehleranzeige ausgestattet.

Welche Bauform besser geeignet ist, hängt von der elektrischen Architektur, den Platzverhältnissen, den Stromanforderungen und den zu erwartenden Fehlerströmen ab.

3. Wo werden Sicherungen in Elektroautos eingesetzt?

Ein Elektrofahrzeug besteht aus verschiedenen elektrischen Teilsystemen. Jedes dieser Systeme benötigt einen geeigneten Schutz gegen Überströme und elektrische Fehler.

A. Hauptbatterie und Traktionsbatterie

Die Traktionsbatterie ist eine der wichtigsten Komponenten eines Elektroautos. Sie liefert die Energie für den Elektromotor und versorgt weitere Hochvolt-Komponenten.

Eine Hauptsicherung schützt die Batterie und die angeschlossenen Stromkreise vor gefährlichen Überströmen und Kurzschlüssen.

Die Batteriesicherung muss mehrere Anforderungen erfüllen:

• Dauerhaft hohe Betriebsströme zuverlässig führen.

• Kurzzeitige Stromspitzen während der Fahrt berücksichtigen.

• Hohe DC-Fehlerströme sicher unterbrechen.

• Batterieleitungen und Leistungselektronik schützen.

• Auch bei Temperaturschwankungen und Fahrzeugvibrationen zuverlässig funktionieren.

Für diese Anwendungen kommen häufig leistungsstarke zylindrische Schraubsicherungen oder quadratische Hochstromsicherungen infrage.

B. On-Board-Charger (OBC)

Der On-Board-Charger ist das integrierte Ladegerät eines Elektroautos. Er wandelt den zugeführten Wechselstrom aus dem Stromnetz in Gleichstrom um, mit dem die Fahrzeugbatterie geladen wird.

Dabei müssen unterschiedliche Stromkreise abgesichert werden.

Auf der Eingangsseite werden entsprechend dimensionierte AC-Sicherungen eingesetzt. Auf der Gleichstromseite können geeignete DC-Sicherungen erforderlich sein.

Die Auswahl richtet sich unter anderem nach:

• Der Ladeleistung.

• Der Eingangsspannung.

• Der Ausgangsspannung.

• Dem maximalen Betriebsstrom.

• Den Anforderungen an den Kurzschlussschutz.

C. DC-DC-Wandler

Der DC-DC-Wandler reduziert die hohe Batteriespannung auf eine niedrigere Spannung, beispielsweise 12 V oder 24 V.

Diese wird für zahlreiche elektrische Verbraucher benötigt, darunter:

• Beleuchtungssysteme.

• Steuergeräte.

• Sensoren.

• Infotainment-Systeme.

• Weitere elektrische Fahrzeugkomponenten.

Die Sicherungen im DC-DC-Wandler schützen vor Kurzschlüssen, Überlastungen und elektrischen Fehlern.

Je nach Schaltungsdesign können kompakte und schnell ansprechende Sicherungen erforderlich sein, insbesondere zum Schutz empfindlicher Halbleiterbauteile.

D. Elektrische Hilfsstromkreise

Auch Elektroautos besitzen zahlreiche elektrische Komponenten, die nicht direkt zum Hochvoltantrieb gehören.

Dazu zählen beispielsweise:

• Innen- und Außenbeleuchtung.

• Klimaanlagen und Heizsysteme.

• Elektronische Steuergeräte.

• Sensoren und Überwachungssysteme.

• Elektrische Fensterheber.

• Infotainment- und Komfortsysteme.

Diese Verbraucher werden normalerweise über herkömmliche Kfz-Sicherungen oder entsprechend dimensionierte Niedervolt-DC-Sicherungen geschützt.

Elektroautos verwenden somit sowohl klassische Kfz-Sicherungen als auch spezielle Hochvoltsicherungen.

E. Ladesysteme für Elektrofahrzeuge

Auch die Ladeinfrastruktur benötigt geeignete elektrische Schutzkomponenten.

Insbesondere DC-Schnellladestationen arbeiten mit hohen Spannungen und Stromstärken. Deshalb müssen die elektrischen Verteilungs- und Leistungselektroniksysteme entsprechend abgesichert werden.

Die Anforderungen an die Sicherungen hängen von der Ladeleistung, der Systemspannung, dem maximalen Fehlerstrom und der jeweiligen Ladearchitektur ab.

4. Welche Spannungswerte benötigen EV-Sicherungen?

Die Nennspannung ist eines der wichtigsten Auswahlkriterien für Sicherungen in Elektrofahrzeugen.

Moderne Elektroautos verwenden unterschiedliche Hochvoltarchitekturen. Besonders verbreitet sind Batteriesysteme mit einer Nennspannung von etwa 400 V oder 800 V.

Bestimmte fortschrittliche Fahrzeugplattformen und Ladesysteme können mit Spannungen bis zu 1.000 V DC arbeiten.

Die Sicherung muss für die maximale Spannung ausgelegt sein, bei der sie einen Fehlerstrom sicher unterbrechen soll.

Typische Spannungsbereiche sind:

Wichtig ist, dass nicht allein die Spannungsangabe über die Eignung einer Sicherung entscheidet. Auch der Bemessungsstrom, das Ausschaltvermögen und die thermischen Eigenschaften müssen berücksichtigt werden.

5. Welche technischen Eigenschaften sind bei EV-Sicherungen wichtig?

Bei der Auswahl einer geeigneten Sicherung für Elektrofahrzeuge müssen mehrere technische Parameter berücksichtigt werden.

A. Bemessungsspannung

Die Bemessungsspannung gibt an, bis zu welcher Spannung eine Sicherung unter den festgelegten Bedingungen sicher betrieben und zum Unterbrechen eines Fehlerstroms eingesetzt werden kann.

Bei Hochvoltsicherungen für Elektroautos muss die DC-Spannungsfestigkeit zur maximalen Systemspannung passen.

Eine zu niedrig dimensionierte Sicherung kann einen Fehlerstrom möglicherweise nicht sicher unterbrechen.

B. Bemessungsstrom

Der Bemessungsstrom beschreibt den Strom, den eine Sicherung unter festgelegten Bedingungen dauerhaft führen kann, ohne auszulösen.

Die Auswahl hängt von verschiedenen Faktoren ab:

• Maximaler Dauerbetriebsstrom.

• Kurzzeitige Stromspitzen.

• Lade- und Beschleunigungsvorgänge.

• Umgebungstemperatur.

• Einbausituation.

• Wärmeentwicklung an Sicherung und Kontakten.

Besonders wichtig ist die Temperatur-Derating-Kurve. Bei hohen Umgebungstemperaturen kann die zulässige Strombelastbarkeit einer Sicherung sinken.

Die Sicherung muss deshalb normale Betriebsbedingungen zuverlässig tolerieren und gleichzeitig bei gefährlichen Fehlerströmen rechtzeitig auslösen.

C. Ausschaltvermögen

Das Ausschaltvermögen beschreibt den maximalen Kurzschlussstrom, den eine Sicherung bei ihrer festgelegten Spannung sicher unterbrechen kann.

Dieser Wert ist bei Elektrofahrzeugen besonders wichtig, da Hochvoltbatterien sehr hohe Kurzschlussströme liefern können.

Das DC-Ausschaltvermögen der Sicherung muss deshalb größer sein als der maximal zu erwartende Fehlerstrom im jeweiligen Stromkreis.

Ein unzureichendes Ausschaltvermögen kann zu gefährlicher Lichtbogenbildung, Überhitzung und Schäden an elektrischen Komponenten führen.

D. Zeit-Strom-Kennlinie und I²t-Wert

Die Zeit-Strom-Kennlinie zeigt, wie schnell eine Sicherung bei unterschiedlichen Stromstärken auslöst.

Der I²t-Wert beschreibt die thermische Energie, die während des Stromflusses bis zur Unterbrechung entsteht.

Diese Werte helfen bei der Beurteilung, ob eine Sicherung:

• Normale Betriebsströme dauerhaft aushält.

• Kurzzeitige Stromspitzen toleriert.

• Gefährliche Fehlerströme schnell unterbricht.

• Empfindliche Halbleiterbauteile schützt.

• Mit anderen Schutzkomponenten abgestimmt werden kann.

Schnell auslösende Sicherungen sind insbesondere bei leistungselektronischen Anwendungen wichtig.

E. Baugröße und Befestigung

Die mechanische Bauform einer Sicherung muss zur jeweiligen Einbausituation passen.

Bei Hochstromanwendungen werden häufig verschraubte Sicherungen verwendet. Sie ermöglichen eine stabile Verbindung mit Stromschienen und reduzieren das Risiko unerwünschter Kontaktprobleme.

Bei der Auswahl sollten folgende Punkte berücksichtigt werden:

• Abmessungen der Sicherung.

• Anschlussart und Anschlussmaße.

• Montageposition.

• Wärmeableitung.

• Vibrationsfestigkeit.

• Kompatibilität mit Sicherungshaltern und Stromschienen.

6. Welche Normen gelten für Sicherungen in Elektroautos?

Sicherungen für Elektrofahrzeuge müssen die relevanten technischen und sicherheitsbezogenen Anforderungen ihrer jeweiligen Anwendung erfüllen.

Zu den wichtigen internationalen und nationalen Normen gehören:

IEC 60269: Eine internationale Normenreihe für Niederspannungssicherungen. Sie beschreibt unter anderem Anforderungen an Aufbau, Prüfung und Leistungsfähigkeit.

IEC 60269-4: Behandelt Sicherungseinsätze zum Schutz von Halbleiterbauelementen. Sie ist insbesondere für bestimmte leistungselektronische Anwendungen relevant.

ISO 8820: Eine Normenreihe für Schmelzsicherungen in Straßenfahrzeugen mit entsprechenden Anforderungen an Kfz-Sicherungen.

GB/T 31465: Eine chinesische nationale Normenreihe für Sicherungseinsätze in Elektrofahrzeugen.

Welche Normen und Prüfanforderungen gelten, hängt von der konkreten Anwendung, dem Fahrzeugmarkt und den jeweiligen gesetzlichen Vorgaben ab.

Die Auswahl geeigneter und nachweislich geprüfter Sicherungen trägt dazu bei, die elektrische Sicherheit und Zuverlässigkeit des Fahrzeugs zu verbessern.

7. Wie wählt man die richtige Sicherung für ein Elektroauto aus?

Die Auswahl einer passenden EV-Sicherung erfordert eine genaue Analyse des elektrischen Systems und seiner Betriebsbedingungen.

Folgende Schritte sollten berücksichtigt werden:

1. Maximale Systemspannung bestimmen: Ermitteln Sie die höchste DC-Spannung, die im Normalbetrieb und unter relevanten Fehlerbedingungen auftreten kann.

2. Dauerbetriebsstrom berechnen: Bestimmen Sie den maximalen Strom, den der Stromkreis unter normalen Betriebsbedingungen führt.

3. Stromspitzen berücksichtigen: Analysieren Sie Einschaltströme, Ladevorgänge, Beschleunigung und andere kurzzeitige Belastungen.

4. Maximalen Kurzschlussstrom ermitteln: Stellen Sie sicher, dass das Ausschaltvermögen der Sicherung für den maximal möglichen Fehlerstrom ausreicht.

5. Temperaturbedingungen prüfen: Berücksichtigen Sie die Umgebungstemperatur und die erforderlichen Derating-Faktoren.

6. Geeignete Bauform auswählen: Entscheiden Sie anhand der elektrischen Anforderungen und der Einbausituation zwischen zylindrischen und quadratischen Sicherungen.

7. Relevante Normen überprüfen: Stellen Sie sicher, dass die Sicherung die geltenden technischen und sicherheitsbezogenen Anforderungen erfüllt.

8. Schutzkoordination berücksichtigen: Stimmen Sie die Sicherung mit weiteren Schutzkomponenten ab, damit normale Betriebszustände nicht zu unnötigen Abschaltungen führen.

Eine richtig dimensionierte Sicherung trägt wesentlich dazu bei, elektrische Komponenten zu schützen und einen zuverlässigen Fahrzeugbetrieb zu gewährleisten.

8. Was ist der Unterschied zwischen EV-Sicherungen und herkömmlichen Kfz-Sicherungen?

Obwohl beide Sicherungstypen elektrische Stromkreise vor Überströmen schützen, unterscheiden sie sich erheblich hinsichtlich ihrer technischen Eigenschaften und Einsatzbereiche.

Der wichtigste Unterschied liegt in der Fähigkeit, hohe Gleichspannungen und große Fehlerströme sicher zu unterbrechen.

Eine herkömmliche Niedervolt-Kfz-Sicherung darf deshalb nicht einfach als Ersatz für eine Hochvoltsicherung verwendet werden.

9. Häufig gestellte Fragen zu Sicherungen in Elektroautos

Frage 1: Haben Elektroautos normale Sicherungen?

Ja. Elektroautos verwenden weiterhin herkömmliche Kfz-Sicherungen für Niedervolt-Systeme wie Beleuchtung, Infotainment, Sensoren und andere elektrische Verbraucher.

Für die Hochvoltbatterie und den elektrischen Antriebsstrang sind jedoch spezielle Hochvolt-DC-Sicherungen erforderlich.

Frage 2: Welche Sicherungsart wird in Elektroautos am häufigsten verwendet?

In Hochvoltsystemen kommen vor allem spezielle DC-Sicherungen zum Einsatz. Zu den verbreiteten Bauformen gehören zylindrische Sicherungen sowie quadratische, verschraubte Sicherungen beziehungsweise NH-ähnliche Bauformen.

Welche Variante geeignet ist, hängt von der Spannung, dem Betriebsstrom, dem Kurzschlussstrom und der Einbausituation ab.

Frage 3: Welche Spannung haben Sicherungen für Elektroautos?

Hochvoltsicherungen für Elektrofahrzeuge sind mit unterschiedlichen DC-Spannungsnennwerten erhältlich. Typische Ausführungen umfassen beispielsweise 500 V, 800 V und 1.000 V DC.

Die erforderliche Spannungsklasse richtet sich nach der elektrischen Fahrzeugarchitektur und den maximalen Betriebs- und Fehlerbedingungen.

Frage 4: Warum benötigen Elektroautos DC-Sicherungen?

Die Traktionsbatterie eines Elektroautos liefert Gleichstrom. Bei einem Kurzschluss kann dadurch ein dauerhafter Lichtbogen entstehen, da Gleichstrom keinen natürlichen Nulldurchgang wie Wechselstrom besitzt.

Spezielle DC-Sicherungen sind darauf ausgelegt, solche Fehlerströme sicher zu unterbrechen.

Frage 5: Kann eine normale Kfz-Sicherung in einem Elektroauto verwendet werden?

Ja, sofern es sich um einen geeigneten Niedervolt-Stromkreis handelt und die Sicherung entsprechend dimensioniert ist.

Für Hochvoltbatterien und Antriebsstromkreise sind dagegen speziell entwickelte und für die jeweilige Anwendung zugelassene Hochvoltsicherungen erforderlich.

Frage 6: Werden Sicherungen auch in Ladestationen für Elektroautos verwendet?

Ja. Ladestationen benötigen geeignete Sicherungen zum Schutz ihrer elektrischen Verteilungs-, Umwandlungs- und Ladestromkreise.

Bei DC-Schnellladestationen sind insbesondere die hohe Gleichspannung, die Strombelastbarkeit und das Ausschaltvermögen entscheidend.

Frage 7: Wie oft müssen Sicherungen in Elektroautos ausgetauscht werden?

Für EV-Sicherungen gibt es normalerweise kein festes Austauschintervall. Ein Austausch wird erforderlich, wenn eine Sicherung aufgrund eines Fehlers ausgelöst hat oder bei einer technischen Prüfung ein Austausch notwendig wird.

Eine durchgebrannte Sicherung sollte immer als Hinweis auf ein mögliches elektrisches Problem betrachtet werden. Vor dem Einbau einer neuen Sicherung muss deshalb die Ursache untersucht werden.

Fazit

Elektroautos verwenden spezielle Hochvolt-Gleichstromsicherungen, um ihre Traktionsbatterien, Wechselrichter, Elektromotoren, Ladegeräte und weitere elektrische Komponenten zu schützen.

Zu den wichtigsten Bauformen gehören zylindrische Sicherungen sowie quadratische, verschraubte Sicherungen und NH-ähnliche Ausführungen. Für Niedervolt-Hilfsstromkreise kommen weiterhin klassische Kfz-Sicherungen zum Einsatz.

Bei der Auswahl einer geeigneten EV-Sicherung müssen insbesondere die Bemessungsspannung, der Bemessungsstrom, das DC-Ausschaltvermögen, die Zeit-Strom-Kennlinie, die Temperaturbelastung, die Bauform und die geltenden Normen berücksichtigt werden.

Mit der Weiterentwicklung der Elektromobilität und steigenden Anforderungen an Batteriesysteme und Ladeinfrastruktur wird ein zuverlässiger Hochvolt-Schutz immer wichtiger.

Wer die unterschiedlichen Sicherungstypen und ihre Einsatzbereiche kennt, schafft eine wichtige Grundlage für die Entwicklung sicherer, leistungsfähiger und zuverlässiger elektrischer Systeme in Elektrofahrzeugen.