Leistungsfähiger und zuverlässiger
Die Rolle von 48-V-Bordnetzen für ADAS
48-V-Architekturen werden zu einem entscheidenden Faktor für ADAS kommender Generationen. Warum das so ist und wie Molex ADAS-Hersteller dabei unterstützt, sichere, reaktionsschnelle Fahrzeugplattformen zu entwickeln, erklärt Kirk Ulery, Business Development Manager bei Molex, im Interview.
Welche Grenzen haben herkömmliche 12-V-Bordnetze bei der Versorgung moderner, energieintensiver ADAS-Technologien?
Kirk Ulery: ADAS-Systeme werden immer komplexer. Sie integrieren eine wachsende Anzahl von Sensoren, die eine immer höhere Auflösung und erweiterte Funktionen bieten. Die Rechenplattformen werden immer leistungsfähiger und die Steuerungssysteme noch umfangreicher. All dies stellt deutlich höhere Anforderungen an die Stromversorgungssysteme.
Die Herausforderung besteht darin, dass 12-V-Systeme ursprünglich nicht für diese modernen elektrischen Lasten ausgelegt wurden. Sie basieren auf historischen Produktions- und Sicherheitsstandards sowie der Verfügbarkeit von Komponenten in etablierten Lieferketten, die bis in die 1950er Jahre zurückreichen. 12-V-Systeme eignen sich vor allem für Infotainment, grundlegende Sicherheitsfunktionen und die Karosserieelektronik. Hochauflösende Kameras, Lidar, Radar, Domain-Controller und die für moderne Fahrerassistenzsysteme erforderlichen Fähigkeiten zur Echtzeitverarbeitung bringen 12-V-Bordnetze jedoch an ihre Grenzen.
Eine zentrale Einschränkung ist die Stromstärke. Um bei 12 V hohe Leistung bereitzustellen, sind hohe Ströme erforderlich. Dies belastet Steckverbinder, erhöht die Wärmeentwicklung und erfordert oft dickere Kabel in ohnehin schon beengten Umgebungen. Entscheidend ist, dass Spannungsabfälle die Reaktionsfähigkeit der Komponenten beeinträchtigen und so die Zuverlässigkeit sicherheitskritischer ADAS-Funktionen gefährden können. Selbst geringe Spannungsabfälle können die Reaktionszeiten spürbar verlangsamen und ADAS-Systeme damit untergraben.
Wie verbessert der Übergang zu einer 48-V-Bordnetzarchitektur die Leistungsfähigkeit und Zuverlässigkeit fortschrittlicher Fahrerassistenzsysteme?
Kirk Ulery: 48-V-Systeme benötigen weitaus weniger Strom, um dieselbe Leistung zu erreichen. Da ein geringerer Stromfluss zu geringeren Widerstandsverlusten führt, gelangt die benötigte Energie schneller und zuverlässiger zu Motoren, Aktuatoren und Prozessoren. Dies verbessert die Reaktionszeiten und Hochlaufgeschwindigkeiten – was entscheidend für Sicherheits- und Steuerungssysteme wie adaptive Geschwindigkeitsregelung, Notbrems-, Spurhalte- oder Spurwechselassistent ist.
Viele ADAS-Ereignisse treten unter elektrischen Bedingungen nahe dem Worst Case auf. Eine Notkorrektur – etwa durch Bremsen, Lenken oder Drehmomentanpassung – erfordert zahlreiche Sensoreingaben, Echtzeitverarbeitung und Steuerungsfunktionen, die gleichzeitig unter Spitzenlast arbeiten. Ein 48-V-System schafft dafür zusätzlichen elektrischen Spielraum und unterstützt skalierbare Sensorplattformen sowie weitere Sicherheitssysteme.
Es ist also nachvollziehbar, dass sich die Kombination aus 12- und 48-V-Bordnetz rasch zum universellen Standard für die Stromversorgung in kommenden Fahrzeugen entwickelt. Mehr Leistungsfähigkeit, Effizienz und Zuverlässigkeit sprechen für sich.
Welche ADAS-Funktionen profitieren am meisten von der zusätzlichen Leistungskapazität und Stabilität, die 48-V-Systeme bieten?
Kirk Ulery: In erster Linie jene, die eine hohe Sensordichte und Datenverarbeitung mit Echtzeitsteuerung kombinieren. So profitiert die Warnung vor dem Verlassen der Fahrspur (LDW; Lane Departure Warning) von einer höheren Sensorpräzision und Kameraleistung. Die automatische Notbremsung ist schneller und präziser. Zwar versorgen 48-V-Systeme die Bremsen selbst nicht direkt mit Strom, doch werden die Sensornetzwerke und die Datenverarbeitung umfassend unterstützt. Auch die adaptive Geschwindigkeitsregelung und der Totwinkelassistent sind auf eine konstante Leistung von Radar, Lidar und Kamera angewiesen. Selbst nicht-kritische Assistenzsysteme wie das automatische Einparken profitieren davon, da sie für präzises Manövrieren auf mehrere Komponenten und Echtzeitverarbeitung angewiesen sind.
Welche Rolle spielen Komponenten wie 48-V-Batterien, Wandler und Hochleistungssteckverbinder für die Leistungsfähigkeit kommender ADAS?
Kirk Ulery: Die 48-V-Lithium-Ionen-Batterie ist das Herzstück neuer Systeme mit zwei Spannungsebenen. Sie ergänzt das herkömmlichen 12-V-System und speichert Energie aus Rekuperation (Bremsenergie-Rückgewinnung) oder dem Ausrollen, um sowohl den Antrieb als auch energieintensive Hilfssysteme mit Strom zu versorgen. Ein Elektromotor oder Generator wandelt kinetische Energie um, lädt die 48-V-Batterie auf, verbessert die Kraftstoffeffizienz und unterstützt die Beschleunigung.
Ein bidirektionaler DC/DC-Aufwärtswandler verbindet den 12- und 48-V-Bereich. Er steuert den Energiefluss zwischen beiden Systemen und hebt die Spannung von 12 auf 48 V, wenn mehr Leistung benötigt wird. Umgekehrt kehrt der Wandler bei überschüssiger Energie die Richtung um und wandelt 48 V auf 12 V herunter. Dieser Ausgleich in Echtzeit gewährleistet eine konstante Leistungsabgabe und verbessert die Systemleistung.
Steckverbinder verbinden diese Systeme miteinander. Für 48-V-Anwendungen ausgelegte Hochleistungssteckverbinder sind dabei entscheidend: Ihre Robustheit sowie ihre thermische und EMI-Abschirmung sichern die Integrität von Strom- und Signalübertragung und erfüllen zugleich die erforderlichen Sicherheitsstandards.
Welche technischen Herausforderungen müssen Fahrzeughersteller bei der Integration von 48-V-Systemen bewältigen – insbesondere in Bezug auf Sicherheit, Wärmemanagement und Designkomplexität?
Kirk Ulery: 48-V-Systeme können zum Wärmemanagement beitragen, indem sie die Stromaufnahme in bestimmten Schaltkreisen senken. Allerdings erhöhen die höheren Spannungen das Risiko von Lichtbögen, Überhitzung und Steckverbinderausfällen. Um diese Risiken zu mindern, müssen geeignete Isolierungen, Materialauswahl und Sicherheitsabstände gewährleistet sein.
Auch die Betriebsumgebung spielt eine zentrale Rolle: Wie auch 12-V-Systeme müssen 48-V-Systeme extremen Temperaturen, Vibrationen, Feuchtigkeit und Verunreinigungen standhalten, ohne an Leistung einzubüßen. Da sie sicherheitskritische Funktionen unterstützen, ist besonders hohe Zuverlässigkeit erforderlich. Verriegelungsmechanismen und Zugentlastungen an Steckverbindern verhindern Verbindungsabbrüche, während Dichtungen und Beschichtungen den langfristige Betrieb sichern.
Auch die Komponentenplatzierung bleibt anspruchsvoll. Kompakte, leichte Steckverbinder ermöglichen flexiblere Systemkonfigurationen. Zugleich wird es schwieriger, die Signalintegrität zu sichern, wenn die Zahl der Komponenten und Kabel ohne ausreichende Abschirmung, Erdung und Leitungsführung steigt.
Wie beeinflusst die Einführung von 48-V-Bordnetzen die künftige Entwicklung von ADAS sowie die Elektrifizierung von Fahrzeugen?
Kirk Ulery: 48 V verändert die Stromverteilung in modernen Fahrzeugen grundlegend und dient als Plattform für Innovation. Die Technologie ermöglicht leistungsfähigere ADAS-Systeme, indem sie präzisere Sensoren und KI-gestützte Funktionen unterstützt – und so zu sichereren Fahrzeugen beiträgt.
Die Branche bewegt sich zudem in Richtung zonaler Fahrzeugarchitekturen, sowohl für das Design lokaler ADAS-Systeme als auch darüber hinaus. 48-V-Systeme sind das leistungsstarke Rückgrat für die Energieversorgung dieser modernen Konzepte, zeichnen sich durch zuverlässige Strombereitstellung aus und reduzieren das Gewicht der Verkabelung sowie die Energieverluste. Zonale Steuerungen können die Spannung dann bei Bedarf herabsetzen, sei es auf 12 V oder eine andere Spannung, wodurch sich 48 V ideal für diese modularen Designs eignet.
Über ADAS hinaus wird 48 V auch die zunehmende Elektrifizierung der Antriebssysteme unterstützen und eine Brücke zwischen Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor und der Hochvolt-Elektrifizierung schlagen.
Der Interviewpartner
Kirk Ulery, Molex.
Kirk Ulery
ist Distribution Business Development Manager für Automotive und Transportation bei Molex. Bevor er im August 2022 zu Molex kam, arbeitete er für verschiedene namhafte Unternehmen, unter anderem für Aptiv, TTI und Amphenol RF.
