Leistungsinduktivitäten Gut gerüstet für 48-V-Kfz-Applikationen

Die 48-V-Technologie
Die 48-V-Technologie

Die 48-V-Technologie hilft den Kraftstoffverbrauch zu senken und sie kann zugleich die Motorleistung steigern. Eine wichtige Baugruppe ist dabei ein Buck-Boost-Converter, für den TDK mit Leistungsinduktivitäten und Aluminium-Elektrolyt-Kondensatoren geeignete Bauelemente liefert.

Die Anzahl der elektrischen Verbraucher in Fahrzeugen nimmt kontinuierlich zu: Aufwendiges Antriebsmanagement, Komforteinrichtungen wie elektrische Zusatzheizungen und sicherheitsrelevante Systeme wie ABS, ESP und viele andere mehr entpuppen sich als wahre Leistungsfresser. Entsprechend steigen die Leistungen, die heute von Lichtmaschinen bereitgestellt werden müssen. Anfang der 1980er Jahre kamen selbst Fahrzeuge der Oberklasse noch mit Generatoren für rund 0,7 kW aus. Heute dagegen liegt die geforderte Leistung bereits bei 3,5 kW – einer Steigerung um das 7-Fache. Die Krux dabei: Liefert ein 14-V-Generator diese Leistung, fließt ein Strom von 250 A.

In dieser Spannungs-Strom-Relation ist jedoch nur noch ein Wirkungsgrad von maximal 70 Prozent erzielbar. Dadurch ist eine Eingangsleistung des Generators von 5 kW erforderlich, die vom Motor erbracht werden muss. Ein weiterer Nachteil der in Summe hohen Ströme sind die dafür erforderlichen großen Leitungsquerschnitte, die nicht unerheblich zum Fahrzeuggewicht beitragen und damit die Kosten erhöhen.

Höhere Effizienz durch 48-V-Systeme

Da die Forderungen nach einem weiter verringerten Kraftstoffverbrauch und niedrigeren CO2-Ausstoß immer strenger werden, muss dringend ein Ausweg aus diesem Dilemma gefunden werden. Attraktive Vorteile bietet hier die 48-V-Technologie, denn mit ihr lassen sich einige kraftstoffsparende Funktionen realisieren, die mit reinen 12-V-Systemen nicht machbar sind. Dazu zählen:

  • leistungsstarke Rekuperation mit >5 kW
  • erweiterte Start-Stopp-Funktion wie Sailing bzw. Coasting
  • Elektrifizierung von Aggregaten – z.B. E-Turbolader, elektrische Lenkung
  • Unterstützung von Mikro- und Mild-Hybridlösungen

Die 48-V-Systeme sind keine Ablösung der bisherigen 12-V-Architekturen – vielmehr stellt dieser Ansatz eine Erweiterung der 12-V-Netze für leistungsstarke Verbraucher dar und ist mit einem Buck-Boost Converter mit diesen gekoppelt.

Bild 1 zeigt das Prinzip dieser Architektur. Auf der 12-Volt-Ebene kommt zur Speicherung eine klassische Blei-Säure- oder Blei-Gel-Batterie zum Einsatz. Auf der 48-V-Ebene wird eine Lithium-Ionen-Batterie verwendet. Für eine verbesserte Speicherung von elektrischer Energie bei der Rekuperation können hier auch noch Doppelschicht-Kondensatoren parallel geschaltet werden.

Die meisten Entwicklungen setzen den Generator auf die 48-V-Ebene, womit höhere Leistungen und Wirkungsgrade erzielt werden können. Gekoppelt werden die beiden Spannungsebenen durch einen bidirektional arbeitenden Buck-Boost Converter.