Power Management 48 Volt als Standard für Mikrohybride?

Auf dem Weg zu 48 V unterstützt International Rectifier Automobilhersteller und Zulieferer mit Mehrphasen-Digitalreglern.
Auf dem Weg zu 48 V unterstützt International Rectifier Automobilhersteller und Zulieferer mit Mehrphasen-Digitalreglern.

Die europäischen Automobilhersteller und ihre Zulieferer bemühen sich um die Entwicklung eines kostengünstigen und effizienten Spannungsreglers, der eine Umstellung auf die 48-V-Batterie ermöglicht. In einem Mikrohybriden kann eine derartige Umstellung durchaus sinnvoll sein, schließlich ermöglicht eine 48-V-Lithium-batterie eine wesentlich schnellere Wiederaufladung sowie eine höhere Energiespeicherung pro kg.

In den späten 90er Jahren scheiterte der Versuch, das Bordnetz auf 42 V umzustellen. Damals war das einzige Argument für den Übergang auf eine höhere Batteriespannung die Verkleinerung von Verdrahtung und Geräten, wenn einige Funktionen – statt ausschließlich hydraulisch – voll elektrisch durchgeführt würden. Diese Vorteile reichten jedoch nicht aus, um den Aufwand zu rechtfertigen, alle mechanischen und mit 12 V betriebenen Geräte auf einen 42-V-Betrieb umzustellen.
In Mikrohybriden ist es weitaus sinnvoller, diese Umstellung voranzutreiben. Denn die 48-V-Lithiumbatterie ermöglicht eine wesentlich schnellere Wiederaufladungszeit sowie eine höhere Energiespeicherung pro kg, wodurch mehr Energie zur Verfügung steht. Dadurch lassen sich Fahrzeugfunktionen, die viel Strom verbrauchen, wie Servolenkung, Starter-Generator oder Pumpen zur Bremsunterstützung, elektrifizieren und vereinfachen. Sogar die Energie für das Einparken und das Fahren in Reisegeschwindigkeit lässt sich aus der 48-V-Spannung gewinnen.
Das heißt aber auch, dass die 48-V-Leitung immer zur Verfügung stehen muss und der Hauptgenerator die 48 V direkt liefert, während die für Anwendungen wie Radio, Infotainment und Instrumententafel benötigten 12 V von einem DC/DC-Wandler generiert werden müssen.
Derzeit sind dafür zwei Strategien denkbar:

  • Ein dezentralisierter 48-V/12-V-Regler, wobei jede 12-V-Versorgung lokal generiert und keine zusätzliche 12-V-Batterie benötigt wird oder
  • ein zentraler 48-V/12-V-Regler mit oder ohne zusätzlichen 12-V-Blei-Akku.

Die Branche tendierte bislang in Richtung der zweiten Lösung. Meist ist auch die 12-V-Batterie noch vorhanden, und in diesem Fall muss der Spannungsregler den bidirektionalen Energiefluss auf einem Leistungspegel von 300 W bis hin zu 3 bis 5 kW verarbeiten. Das ist nicht mit einer einfachen Einphasen-Topologie zu bewerkstelligen, sondern macht eine Mehrphasen-Konfiguration erforderlich.
Hier kommt das Automotive-Digital-Multiphase-Produktportfolio von International Rectifier zum Einsatz, das die Probleme der Implementierung löst, die mit einer Mehrphasen- und bidirektionalen Lösung auf diesem Mittelspannungspegel verbunden sind.