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Bordnetze

Energie- und Leistungseffizienz mittels 48-Volt-Bordnetz

| Autor/ Redakteur: Axel de Schmidt / Claus-Peter Köth

Das 48-Volt-Bordnetz eröffnet interessante Perspektiven für ein flexibles Energie- und Leistungsmanagement. Die OEMs erhoffen sich davon neben Boost-Funktionen und innovativen Funktionalitäten auch eine verbesserte CO2-Bilanz.

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Alles in Handarbeit: Bordnetze werden mit hohem Personaleinsatz vorwiegend in Osteuropa, Nordafrika und Ostasien gefertigt.
Alles in Handarbeit: Bordnetze werden mit hohem Personaleinsatz vorwiegend in Osteuropa, Nordafrika und Ostasien gefertigt.
( Leoni)

Die Bedeutung des Bordnetzes für die Funktionsfähigkeit des Autos nimmt weiter zu. Denn in den vergangenen 15 Jahren sind die Leistungs- und Energiebedarfe durch immer mehr Funktionen in den Feldern Komfort, Sicherheit, Fahrerassistenzsysteme und Infotainment immens gestiegen. Hinzu kommt die Entwicklung in der Speicherzyklisierung: Um die Zyklenfestigkeit der Bleibatterien zu erhöhen, haben die meisten Hersteller inzwischen den Schritt zur Blei-Gel-Technologie vollzogen. Treiber waren hier die Zunahme von Start-Stopp-Systemen sowie die Bremsenergierückgewinnung.

Damit erhöhte sich allerdings auch der Energiedurchsatz des Speichers, was ihn schneller altern lässt. Auch die Anforderung der CO2-Reduzierung sowie die Elektrifizierung von Antriebsfunktionen und Nebenaggregaten bringen das Energiebordnetz an seine Grenzen. „Insbesondere während der Kälteperioden im Winter müssen wir über ein ausgeklügeltes Bordnetz-Management-System reagieren“, sagt Volker Wilhelmi, Leiter Elektrik/Elektronik, Architektur Innenraum Bordnetz bei Daimler. „Hier können uns die 48 Volt eine Entlastung bringen, wenn wir die Hochstromverbraucher an eine höhere Spannungslage legen.“

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Neue Funktionen fordern leistungsfähigere Bordnetz-Architektur

Bisher hat sich die Industrie darauf konzentriert, den elektrischen Verbrauch bestehender Funktionen zu reduzieren und so Raum für neue zu schaffen. Diese Entwicklung vollzog sich im Rahmen des im Pkw etablierten 12-Volt-Bordnetzes. Die Grenze dieses Einsparpotenzials sehen Experten heute bei etwa 50 Prozent des gegen Ende der letzten Dekade erreichten Niveaus. Danach ist eine leistungsfähigere Bordnetz-Architektur zwingend erforderlich, wenn neue Funktionen mit einem zusätzlichen Energiebedarf die Größenordnung von mehreren Kilowatt bei mittlerer Leistung übersteigen. ​In der heutigen Automobilwelt finden sich 12 Volt für Pkw, 24 Volt für Nutzfahrzeuge, höhere Spannungsbereiche um 120 Volt für Mild-Hybride und von 200 bis 400 Volt für vollelektrifizierte Fahrzeuge. Die Mild-Hybride dürften nach Expertenmeinung allmählich substituiert werden und spannungstechnisch im Bereich der Hybride aufgehen. Funktionen, die mit weniger als 60 Volt darstellbar sind, wie Rekuperation oder eine leichte elektrische Unterstützung des Antriebsstranges, könnten sich bei 48 Volt ansiedeln.

Magische Grenze 60 Volt

Bei der neuen Spannungsebene handelt es sich eigentlich um einen Spannungsbereich, der sich ohne Funktionseinschränkungen zwischen 36 Volt und 52 Volt befindet. Darüber existiert ein Überspannungsbereich mit Funktionseinschränkungen. „Die magische Grenze liegt bei 60 Volt. Wir müssen dafür sorgen, dass die Gleichspannungen im System immer darunter bleiben“, erklärt Ottmar Sirch, Projektleiter Vorentwicklung Energiebordnetz bei BMW, im Rahmen des Kooperationsforums Bordnetze. „Damit haben wir auch die Chance, den Berührschutz, der in der ECE-R 100 für elektrische Fahrzeuge im Straßenverkehr gefordert ist, zu umgehen.“ Unter 36 Volt befindet sich ein größerer Betriebsbereich mit Funktionseinschränkungen. Im Unterspannungsbereich zwischen 20 Volt und 24 Volt wird das System abgeschaltet, um den Speicher vor dauerhafter Beschädigung zu schützen.

LV148 bei fünf OEM als hauseigene Werknorm

Bei der Bezeichnung „48 Volt“ orientierte sich eine gemeinsame Arbeitsgruppe mit Vertretern von Audi, BMW, Daimler, Porsche und Volkswagen an der DIN-Norm IEC 60038, die Nennspannungen für Gleich- und Wechselspannungssysteme festlegt. In der Arbeitsgruppe wurden eine gemeinsame Spezifikation des Spannungsbereichs und Prüfvorschriften für die Komponenten erarbeitet. Diese LV148 liegt in einem ersten Entwurf vor und ist bei allen fünf OEMs als hauseigene Werknorm verfügbar. „Wir wollen für die beiden Systeme 12 Volt und 48 Volt eine gemeinsame Masse erzeugen, also keine galvanische Trennung im System haben“, erläutert Sirch. Beide Spannungsebenen sollen sich wegen der elektromagnetischen Verträglichkeit nur an einem einzigen Punkt treffen.

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