Leistung im Auto Herausforderungen an die Leistungsregelung im Automobil

Ein modernes Kraftfahrzeug hat eine elektrische Leistungsaufnahme zwischen 250 und 1.500 W. Dieser Wert nimmt aufgrund moderner Unterhaltungssysteme und anderer Systeme, die beispielsweise den Wirkungsgrad des Antriebs steigern sollen, weiter zu. Die Autobatterie stellt nach wie vor eine verhältnismäßig ungeregelte Energiequelle von geringer Spannung dar, weshalb neue Fahrzeuge ein geregeltes Hochspannungs-DC/DC-System benötigen. Für die meisten Anwendungen bietet ein DC/DC-Aufwärtswandler mit Mehrphasen-Verstärkerarchitektur zur Optimierung des Wirkungsgrads eine effektive Lösung.

Im Automobil schaltet ein Start/Stopp-System den Verbrennungsmotor automatisch ab und startet ihn wieder neu: Dadurch verkürzt sich der Zeitraum, den der Motor im Leerlauf verbringt, und gleichzeitig wird die Kraftstoffeinsparung verbessert. Das wirkt sich am vorteilhaftesten für solche Fahrzeuge aus, die sehr viel Zeit in Verkehrsstaus zubringen, die also häufig anfahren und wieder anhalten müssen. Während des Startvorgangs fällt die Batteriespannung kurzzeitig stark ab. Dieser Spannungseinbruch kann die Spannung des Bordnetzes bis auf sechs Volt abfallen lassen (Bild 1). Um die gesamte an die Batterie angeschlossene Elektronik zu schützen, muss die Spannung des Bordnetzes vor dem Einschwingverhalten der Batterie während des Anlassens geschützt werden.

Eine Methode zur Lösung dieses Problems liegt darin, zeitweilig einen geregelten Mehrphasen-DC/DC-Hochsetzsteller (Boost Converter) zwischen die Batterie und das Bordnetz zu schalten, um den beim Startvorgang auftretenden Spannungseinbruch zu überbrücken. Bild 2 zeigt die Blockschaltung eines Start/Stopp-Systems. In dieser Konfiguration wird die Batteriespannung, wenn sie unter einen Schwellenwert von 11,5 V abfällt, zur Sicherstellung einer stabilen Busspannung durch den Mehrphasen-DC/DC-Hochsetzsteller verstärkt. Sobald der Einschwingvorgang vorbei ist und die Batterie die 11,5-V-Schwelle wieder überschritten hat, schließt ein Steuergerät das Bypass-Relais oder den Schalter, so dass der Hochsetzsteller vom System überbrückt wird.