Der Trend zu immer größeren Batteriekapazitäten in Fahrzeugen bei gleichzeitig immer kleineren Ladegerätgehäusen mit maximaler Ladeleistung und Haltbarkeit ist seit Jahren ungebrochen. Für Endverbraucherinnen und -verbraucher zählen, ob zuhause oder unterwegs, Ladegeschwindigkeit und Reichweitenangst zu den wichtigsten Kriterien bei der Wahl eines Ladegeräts.
Damit steigen auch die technischen Anforderungen: Höhere Ströme und Spannungen müssen auf engem Raum sicher geschaltet werden. Gleichzeitig müssen thermische Verluste minimiert, Normvorgaben wie IEC 62109, IEC 61851, IEC 60947-4-1 und IEC 62955 eingehalten und die Lebensdauer der Komponenten verlängert werden, da Ladegeräte meist über viele Jahre hinweg zuverlässig arbeiten sollen.
Grenzen herkömmlicher Relais
In Photovoltaikanlagen, Batteriespeichersystemen, Schnellladestationen und industriellen Energiesystemen übernehmen oft noch konventionelle Relais das Schalten hoher Ströme. Diese sind zwar bewährt, beanspruchen jedoch meist viel Platz und erfordern Schraubklemmen, eine aufwendige Verdrahtung sowie eine vergleichsweise hohe Halteleistung. Zudem verursachen ihre hohen Kontaktwiderstände Wärmeverluste, die eine zusätzliche Kühlung erforderlich machen.
Leiterplattenrelais als kompakte Alternative
Eine neu entwickelte Relaisfamilie bietet eine platzsparende und energieeffiziente Option. Die für die Leiterplattenmontage ausgelegte G9K-Serie von Omron reduziert Montagezeit und -kosten und eliminiert potenzielle Fehlerquellen durch Verdrahtung (Abbildungen 1 bis 3). Gegenüber DIN-Schienen- oder Panelmontage ergeben sich zudem deutliche Platzvorteile. Geringe Übergangswiderstände reduzieren Wärmeverluste und steigern die Energieeffizienz. Robuste Kontakte und eine optimierte Mechanik sorgen für eine lange Lebensdauer auch unter hohen Lasten. Energieeffiziente Spulen ermöglichen einen reduzierten Haltestrom. In einigen Ausführungen ist zudem eine Ansteuerung per Pulsweitenmodulation (PWM) möglich.
Mit einer Dauerstromtragfähigkeit von bis zu 300 A (AC und DC) und einem Schaltstrom bis zu 100 A (DC) eignen sich die Relais für anspruchsvolle Hochlastanwendungen. Der breite Einsatztemperaturbereich von typischerweise -40 °C bis +85 °C erlaubt den Einsatz in unterschiedlichen Umgebungen. Dank internationaler Zulassungen, unter anderem UL, IEC und VDE, lässt sich die Serie problemlos in Geräte für verschiedene Märkte integrieren.
Die Baureihe umfasst mehrere Ausführungen mit zusätzlichen Funktionen für spezifische Einsatzbereiche. Tabelle 1 gibt einen Überblick.
Tabelle 1: Technische Eckdaten der Modellvarianten
| Modell | Schaltkonfiguration | Max. Spannung und Strom | Spulenspannung | Kontaktwiderstand | Besonderheiten | Anwendungen |
| G9KA | SPST-NO, Doppelunterbrechungskontakt +A Aux (optional) | bis 1.000 VAC bei 300 A Dauerlast; 10 kV Impulsfestigkeit | 12 V / 24 V DC | 0,2 mΩ (@200A 6 VDC min. 30 mins) | Minimaler Widerstand durch Doppelkontakt-Design, hohe Energieeffizienz | Photovoltaik-Wechselrichter, USV-Systeme und industrielle Energiespeicher. |
| G9KB | SPST-NO, bidirektional | bis 800 VDC, 100 A | 12 V / 24 VDC | ≤ 5 mΩ | Polaritätsfreies Design, Arc-Cut-Off-Technologie, bidirektionaler Gleichstrom, | Fokus auf Energiespeicherung (DC-DC-Konverter, DC-Schnelllade1geräte, Solaranlagen Batteriespeichern, Vehicle-to-Grid-Systeme) |
| G9KC | 4PST-NO + Aux (Option) | 480 VAC, 40 A je Pol, kurzschlussfest bis 10 kA | 12 V / 24 VDC | ≤ 6 mΩ (Typ. 1 mΩ, 40 A @ 480 VAC ref. Only) | Mehrphasige Wechselstromschaltung, Spiegelkontakt | Dreiphasige Wallboxen (bis 22 kW), HVAC-Systeme, industrielle Motorsteuerungen |
Kontaktwiderstand als kritischer Faktor
Ein niedriger und stabiler Kontaktwiderstand ist für alle Ladeanwendungen entscheidend. Eine Simulationsstudie von Omron kam zu dem Ergebnis, dass eine Erhöhung des Kontaktwiderstands um lediglich 1 mΩ die Temperatur am Lastanschluss um bis zu 18 °C steigen lassen kann. Dies verkürzt nicht nur die Lebensdauer der Kontakte, sondern erhöht auch die thermische Belastung benachbarter Komponenten. Simulationen zeigen, dass sich mit der mehrpoligen Ausführung (G9KC) eine Reduzierung des Temperaturanstiegs um mindestens 10 °C erreichen lässt und damit ein wichtiger Beitrag zur Zuverlässigkeit langlebiger Ladegeräte erzielt werden kann. In der Praxis trägt die geringere Wärmeentwicklung des G9KC nachweislich zu effizienteren und kürzeren Ladezyklen bei, da die niedrigeren Betriebstemperaturen eine Reduzierung der Ausgangsstrombegrenzung (Crowbar) ermöglichen.
Fazit
Die G9K-Serie bietet eine technisch ausgereifte, platzsparende und energieeffiziente Alternative zu konventionellen Relais. Durch die Kombination aus geringen Übergangswiderständen, hoher Schaltleistung und spezifischen Modellvarianten lassen sich sowohl AC- als auch DC-Anwendungen normgerecht realisieren. Dies eröffnet Entwicklerinnen und Entwicklern von Ladeinfrastruktur, Photovoltaikanlagen und Energiespeichern neue Möglichkeiten, kompakte, effiziente und zuverlässige Systeme zu gestalten.
Es ist zu erwarten, dass die Entwicklung in Richtung erweiterter Überwachungsfunktionen und weiterführender Miniaturisierung voranschreitet. Die G9K-Serie bildet damit eine technische Grundlage, für den Ausbau leistungsfähiger und nachhaltiger Energiesysteme der Zukunft.
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