Von 2025 bis 2026 vollzieht die chinesische New-Energy-Fahrzeugbranche (NEV) einen schnellen Übergang von herkömmlichen 400-V-Elektroarchitekturen zu fortschrittlichen 800-V-Plattformen, wobei mehrere Automobilhersteller bereits Systeme der nächsten Generation mit 1.000 V entwickeln. Da die Betriebsspannungen weiter steigen, werden die Leistungsanforderungen an technische Kunststoffe im Automobilbereich deutlich anspruchsvoller.

Hochspannungssteckverbinder, Batteriekomponenten, Gehäuse für Leistungselektronik und EV-Ladesteckverbinder müssen erhöhten Temperaturen standhalten, eine ausgezeichnete Flammwidrigkeit bieten, die Maßhaltigkeit bewahren, eine zuverlässige elektrische Isolierung gewährleisten und während der gesamten Fahrzeuglebensdauer aggressiven Automobilchemikalien widerstehen. Nur sehr wenige technische Kunststoffe können all diese anspruchsvollen Anforderungen gleichzeitig erfüllen.

Zu ihnen gehört Polyphenylensulfid (PPS) und es ist zu einem der wichtigsten Materialien für Elektrofahrzeuge der nächsten Generation geworden. Ursprünglich für Luft- und Raumfahrtanwendungen entwickelt, wird PPS heute aufgrund seiner außergewöhnlichen thermischen Stabilität, elektrischen Isolierung, Flammwidrigkeit und Chemikalienbeständigkeit häufig in Hochspannungskomponenten eingesetzt.

Obwohl PPS nicht der kostengünstigste technische Kunststoff ist, macht seine einzigartige Kombination aus Hitzebeständigkeit, elektrischer Isolierung, Maßhaltigkeit, Flammwidrigkeit und langfristiger Zuverlässigkeit es zu einem der bevorzugten Materialien für 800-V- und zukünftige 1.000-V-Hochspannungssteckverbindersysteme.

In diesem Artikel untersuchen wir, warum PPS zum Referenzwerkstoff für technische Kunststoffe bei EV-Hochspannungssteckverbindern geworden ist, und betrachten die wichtigsten Materialeigenschaften, die die nächste Generation von Elektrofahrzeugen unterstützen.

Was ist PPS?

Polyphenylensulfid (PPS) ist ein leistungsstarker, teilkristalliner technischer Thermoplast, der für seine außergewöhnliche Hitzebeständigkeit, Chemikalienbeständigkeit, inhärente Flammwidrigkeit und hervorragende Maßhaltigkeit bekannt ist.

Seine hochstarre Molekülstruktur – gebildet durch abwechselnde Benzolringe und Schwefelatome – ermöglicht es PPS, auch bei längerer Belastung durch raue Automobil-, Elektro- und Industrieumgebungen eine ausgezeichnete mechanische Festigkeit, elektrische Isolierung und Maßgenauigkeit beizubehalten.

Obwohl ungefülltes PPS bereits eine bemerkenswerte thermische und chemische Leistungsfähigkeit bietet, werden kommerzielle PPS-Compounds typischerweise mit 30–40 % Glasfasern verstärkt oder durch Kohlenstofffasern, mineralische Füllstoffe oder PTFE modifiziert. Diese Verbesserungen erhöhen deutlich Steifigkeit, Zugfestigkeit, Kriechbeständigkeit und Maßhaltigkeit, während die herausragende Beständigkeit von PPS gegenüber Hitze, Chemikalien und elektrischer Belastung erhalten bleibt.

Warum PPS ideal für Hochspannungs-EV-Komponenten ist

Im Vergleich zu herkömmlichen technischen Kunststoffen bietet PPS fünf entscheidende Vorteile, die direkt auf die Herausforderungen der elektrischen Systeme zukünftiger Elektrofahrzeuge eingehen.

Dank dieser ausgewogenen Kombination aus thermischer, elektrischer und chemischer Leistungsfähigkeit bietet PPS eine außergewöhnliche langfristige Zuverlässigkeit unter den anspruchsvollen Betriebsbedingungen moderner Elektrofahrzeuge und ist damit einer der Referenzwerkstoffe unter den technischen Kunststoffen für Hochvolt-Steckverbindersysteme der nächsten Generation.

Die wesentlichen Materialeigenschaften, die PPS zur bevorzugten Wahl für Hochvolt-Steckverbinderanwendungen in Elektrofahrzeugen machen.

PPS in fünf wichtigen EV-Anwendungen

Da sich EV-Plattformen weiterhin in Richtung 800-V- und zukünftiger 1.000-V-Architekturen entwickeln, hat sich PPS dank seiner hervorragenden Kombination aus thermischer, elektrischer und mechanischer Leistungsfähigkeit als bewährter technischer Kunststoff für eine Vielzahl elektrischer Hochvoltkomponenten etabliert.

1. Hochvolt-Steckverbinder

Hochvolt-Steckverbinder zählen zu den am schnellsten wachsenden Anwendungen für PPS. Diese Komponenten erfordern eine außergewöhnliche Isolierung, Flammwidrigkeit, Maßpräzision und langfristige Haltbarkeit unter anspruchsvollen Betriebsbedingungen.

Mit CTI ≥ 600 V, UL 94 V-0Flammwidrigkeit und einer extrem niedrigen Feuchtigkeitsaufnahme von nur 0,03%, hilft PPS dabei, eine zuverlässige Isolationsleistung selbst bei hohen Temperaturen, Feuchtigkeit und kontinuierlicher elektrischer Belastung aufrechtzuerhalten.

2. Leistungselektronik & IGBT-Module

Leistungssteuereinheiten, Wechselrichter und IGBT/SiC-Module arbeiten unter dauerhaft hohen Temperaturen und verarbeiten dabei erhebliche elektrische Lasten. Diese anspruchsvollen Umgebungen erfordern technische Kunststoffe, die eine hervorragende thermische Stabilität, elektrische Isolierung und langfristige mechanische Zuverlässigkeit kombinieren.

PPS bietet eine kontinuierliche Wärmebeständigkeit bis zu 220 °C, geringe dielektrische Verluste für Hochfrequenzelektronik und eine hervorragende mechanische Festigkeit bei Verstärkung mit Glasfasern. Diese Eigenschaften tragen dazu bei, einen zuverlässigen Betrieb während der gesamten Lebensdauer der EV-Leistungselektronik sicherzustellen.

3. Batteriepack-Komponenten

Moderne Batteriepacks benötigen leichte Materialien, die hervorragende elektrische Isolierung, Flammwidrigkeit, Maßgenauigkeit und langfristige Haltbarkeit bieten und gleichzeitig zunehmend kompakte Batteriedesigns unterstützen.

PPS behält während Laserschweißen und automatisierter Montage eine hervorragende Maßstabilität bei und bietet während der gesamten Betriebslebensdauer des Batteriepacks eine zuverlässige Isolationsleistung.

4. Ladestecker für Elektrofahrzeuge

Die schnelle Verbreitung von Ultra-Schnellladung und flüssigkeitsgekühlten Ladesystemen stellt zunehmend strengere Anforderungen an Steckermaterialien. Hohe Temperaturen, häufige Steckzyklen und Außenumgebungen erfordern eine außergewöhnliche Haltbarkeit.

PPS kombiniert eine hervorragende Hydrolysebeständigkeit, stabile elektrische Isolierung und herausragende Maßpräzision, sodass Ladestecker nach Tausenden von Steck- und Trennzyklen eine zuverlässige Leistung aufrechterhalten können.

5. Elektrische Wasserpumpen & Wärmemanagement

Ein effizientes Wärmemanagement ist entscheidend für die Verlängerung der Batterielebensdauer und die Aufrechterhaltung der Leistung von Elektrofahrzeugen. Elektrische Wasserpumpen zirkulieren kontinuierlich glykolbasiertes Kühlmittel unter erhöhten Temperaturen und anspruchsvollen Betriebsbedingungen.

Dank seiner außergewöhnlichen Chemikalienbeständigkeit und langfristigen thermischen Stabilität widersteht PPS einer längeren Einwirkung von heißem Kühlmittel, ohne mechanische Festigkeit, Maßstabilität oder Dichtungsleistung einzubüßen, wodurch es ein ideales Material für Wärmemanagementsysteme von Elektrofahrzeugen ist.

PPS im Vergleich zu anderen technischen Kunststoffen für Hochspannungssteckverbinder

PPS ist nicht der einzige technische Kunststoff, der in Hochspannungssteckverbindern verwendet wird. Materialien wie PA66, PBT, PPA, LCP und PEEK bieten alle einzigartige Vorteile für bestimmte Anwendungen. Wenn es jedoch um 800-V- und zukünftige 1.000-V-EV-Plattformen, PPS bietet eine der besten Gesamtbilanzen der Branche hinsichtlich Leistung, Zuverlässigkeit, Verarbeitbarkeit und Kosten.

Letztendlich geht es bei der Auswahl eines technischen Kunststoffs darum, das optimale Gleichgewicht zu erreichen, anstatt einfach das leistungsstärkste Material auszuwählen. Durch die Kombination aus hervorragender Wärmebeständigkeit, inhärenter Flammwidrigkeit, ausgezeichneter elektrischer Isolierung, geringer Feuchtigkeitsaufnahme, überlegener Chemikalienbeständigkeit und wettbewerbsfähigen Kosten ist PPS zu einem der Referenzmaterialien für Hochspannungs-Steckverbindersysteme der nächsten Generation für Elektrofahrzeuge geworden.

Fazit

Die wichtigsten Materialien in einem Elektrofahrzeug sind oft diejenigen, die Fahrer niemals sehen.

Hinter jedem sicheren und zuverlässigen Elektrofahrzeug steht ein komplexes Netzwerk von Hochspannungs-Elektrokomponenten, die über Jahre hinweg unter extremen Temperaturen, hohen Spannungen, Feuchtigkeit, Vibrationen und aggressiven Automobilchemikalien fehlerfrei funktionieren müssen.

PPS ist eines der Schlüsselmaterialien, die dies ermöglichen. Auch wenn es in bestimmten Nischenanwendungen nicht mit der Spitzenleistung von PEEK oder den speziellen Formgebungsmöglichkeiten von LCP mithalten kann, hat seine hervorragende Kombination aus Wärmebeständigkeit, Flammwidrigkeit, Maßhaltigkeit, elektrischer Isolierung, Chemikalienbeständigkeit und langfristiger Zuverlässigkeit es zu einem der vertrauenswürdigsten technischen Kunststoffe für moderne Elektrofahrzeuge gemacht.

Da Elektrofahrzeuge weiterhin höhere Spannungen, schnelleres Laden und eine höhere Leistungsdichte anstreben, wird erwartet, dass PPS eines der wichtigsten technischen Materialien der Branche bleibt und Herstellern dabei hilft, sicherere, zuverlässigere und langlebigere Hochspannungssysteme für Elektrofahrzeuge der nächsten Generation zu entwickeln.