Hochvolt
Ein Hochvoltsystem, oder Hochvolt (kurz HV), ist ein Begriff aus der Fahrzeugtechnik für Systeme, die mit Wechselspannungen über 30 V bis 1 kV oder mit Gleichspannungen über 60 V bis 1,5 kV betrieben werden.[1] Eine „Hochvoltbatterie“ oder auch „Hochvoltspeicher“ ist eine elektrische Energiequelle für mobile und stationäre Anwendungen. Beim Einsatz in Fahrzeugen wird sie auch als Antriebsbatterie oder als Traktionsbatterie bezeichnet.
Systeme, die mit Wechselspannungen im Fahrzeugbereich bis einschließlich 30 V oder Gleichspannungen bis einschließlich 60 V betrieben werden, werden als Niedervoltsystem oder Niedervolt (kurz NV) bezeichnet und finden vor allem im Bordnetz von Fahrzeugen Anwendung. Die Unterscheidung ist insbesondere bedeutend für Fahrzeuge mit elektrischem Antrieb wie Elektroautos, Hybridfahrzeuge, Fahrzeuge mit Brennstoffzellen oder Akkumulatoren.
Der Begriff Hochvolt ist nicht mit dem Begriff Hochspannung aus der elektrischen Energietechnik zu verwechseln. Die Unterscheidung in Hoch- und Niedervolt in der Fahrzeugtechnik soll dem Laien das erhöhte Gefahrenpotential verdeutlichen.[2]
Hochvoltspeicher
Ein Hochvoltspeicher oder eine Hochvoltbatterie (abgekürzt „HV-Batterie“) ist eine elektrische Energiequelle für mobile und stationäre Anwendungen. Sie findet vorzugsweise Verwendung in elektrifizierten Kraftfahrzeugen oder als stationärer Speicher für Solar- oder Peak-Shaving-Anwendungen. Als Spitzenkappung („Peak Shaving“) wird in der Energiewirtschaft das Glätten von Lastspitzen bei industriellen und gewerblichen Stromverbrauchern bezeichnet; es trägt zur Stromnetzstabilität bei.[3] Eine Hochvoltbatterie besteht aus einzelnen Batteriemodulen, in denen einzelne Akkumulator-Zellen gekapselt sind, die durch Reihenschaltung insgesamt eine elektrische Spannung von mehreren hundert Volt liefern.
Sicherheit
Kennzeichnungen
Leitungen und Verbindungskomponenten des HV-Systems werden nach ISO 6469-3 und ECE-R 100 in orange gekennzeichnet (umgangssprachlich „Hochvolt-Orange“).[4][5]
In der Nähe des elektrischen Energiespeichers ist ein dreieckiges gelbes Warnsymbol mit schwarzem Blitz und Rahmen (ähnlich wie nach DIN 4844-2) als Gefahrenkennzeichnung anzubringen.[6]
Elektrische Gefährdungen
Elektrische Gefährdungen bestehen, wenn die Spannung 25 V AC oder 60 V DC übersteigt und der Kurzschlussstrom größer als 3 mA AC oder 12 mA DC ist oder Energie von mehr als 350 mJ umgesetzt wird.[1]
Gebräuchliche Architekturen
- Bei Elektroautos sind für den elektrischen Antriebsstrang 400-Volt-Systeme vorherrschend.[7]
- 800-V-Architekturen werden bislang nur vereinzelt eingesetzt – insbesondere bei gehobenen oder sportlichen Fahrzeugen, z. B. beim Porsche Taycan, Audi e-tron GT, Hyundai Ioniq 5 und Kia EV6.[7][8]
- Die Formel E setzt auf ein 900-V-System.[7]
Der wesentliche Vorteil einer höheren elektrischen Spannung ist, dass für dieselbe elektrische Leistung eine geringere elektrische Stromstärke nötig ist; wird die Spannung beispielsweise verdoppelt, genügt der halbe Strom. Dünnere Kabel (mit geringerer Leiterquerschnittsfläche) reichen dann aus. Damit kann bei Material, Gewicht, Kühlung, Komplexität und Kosten gespart werden. Auf der anderen Seite lassen sich mit höheren Spannungen höhere Fahr- und Ladeleistungen leichter realisieren, ohne mit ansonsten nur mehr schwer handzuhabenden sehr hohen Strömen konfrontiert zu sein. Indem Akkumulator-Zellen oder Batteriemodule nicht parallel, sondern in Reihe geschaltet werden, lässt sich die Spannung der Antriebsbatterie sehr einfach erhöhen.
Literatur
- Martin Frei: Grundlagen Kfz-Hochvolttechnik: Basiswissen, Komponenten, Sicherheit. 3., erw. Aufl., Krafthand Medien, Bad Wörishofen 2018, ISBN 978-3-87441-163-9
Weblinks
- Suchwort Hochvolt bei Incoming Mobility Hintergründe zur Hochvolttechnik von Elektro- und Hybridfahrzeugen. Portal für neue Mobilitätskonzepte und alternative Antriebe. Krafthand Medien GmbH, Bad Wörishofen
- Hans-Martin Fischer (verantwortlich): Spannungsklassen in der Elektromobilität. Hrsg.: ZVEI - Zentralverband Elektrotechnik- und Elektronikindustrie. Dezember 2013 (zvei.org [PDF]).
Einzelnachweise
- Qualifizierung für Arbeiten an Fahrzeugen mit Hochvoltsystemen. In: DGUV Information 200-005. Deutsche Gesetzliche Unfallversicherung, April 2012, abgerufen am 27. November 2019.
- Hans-Martin Fischer (verantwortlich): Spannungsklassen in der Elektromobilität. Hrsg.: ZVEI - Zentralverband Elektrotechnik- und Elektronikindustrie. Dezember 2013, S. 12 (zvei.org [PDF]).
- Quelle: Was ist Peak Shaving?. Next Kraftwerke
- Tassilo Sagawe, DEKRA: Sicherheit der Hochvolttechnik bei Elektro- und Hybridfahrzeugen. März 2010, abgerufen am 30. Mai 2018.
- Standard: Die Isolierung der Hochvolt-Leitungen ist orange eingefärbt. In: Focus Online. 24. November 2014, abgerufen am 30. Mai 2018.
- Regelung Nr. 100 der Wirtschaftskommission der Vereinten Nationen für Europa (UNECE) — Einheitliche Bedingungen für die Genehmigung der Fahrzeuge hinsichtlich der besonderen Anforderungen an den Elektroantrieb [2015/505]. 31. März 2015, abgerufen am 27. November 2019.
- Sebastian Schaal: ZF plant Serienstart von 800-Volt-Komponenten. In: electrive.net. 9. März 2021, abgerufen am 14. März 2021.
- Sebastian Schaal: Audi e-tron GT: Mehr als ein Taycan-Klon. In: electrive.net. 9. Februar 2021, abgerufen am 15. März 2021.