Schwerpunkte

Bordnetz-Kongress 2020

Energiebordnetz vor großen Herausforderungen

29. September 2020, 11:57 Uhr   |  Gerhard Stelzer

Energiebordnetz vor großen Herausforderungen
© Elektronik Automotive

Per Live-Schalte aus den USA gab das Referenten-Duo Jeremy Stout (links oben) und Dr. Deepak Patil (rechts unten) von Molex in der Abschluss-Keynote Einblicke in die Physik der Kontakte. Die Q&A-Session leiteten Prof. Dr. Mathias Rausch (rechts oben) und Prof. Götz Roderer (links unten) von der HS Landshut.

Mit über 100 Teilnehmern fand der 9. Bordnetz-Kongress Corona-bedingt diesmal im virtuellen Raum statt. Schwerpunkte waren Aspekte der Energiebordnetze, der Bordnetz-Topologie und der Entwicklungs- und Fertigungsprozesse.

Der 9. Bordnetz-Kongress der Elektronik automotive musste in diesem Jahr Corona-bedingt in den virtuellen Raum ausweichen, konnte dabei aber immerhin über 100 aktive Teilnehmer, Referenten und Aussteller anziehen. Das technisch anspruchsvolle und umfangreiche Programm, welches das hochkarätige Programmkomitee um Program Chair Prof. Dr. Mathias Rausch von der Hochschule Landshut zusammengestellt hatte, konnte durch Live-Schalten nach Spanien und in die USA sowie in das FIZ (Forschungs- und Ingenieurzentrum) von BMW in München vollständig im geplanten Umfang stattfinden.

Als ein besonderer Schwerpunkt zeichnete sich in diesem Jahr das Thema Energiebordnetze ab, das auch Gegenstand der beiden Keynotes zum Auftakt des Bordnetz-Kongresses war.

Maßgeschneidertes Bordnetz im Baukastenprinzip

Mit der »Evolution des Energiebordnetzes: Maßgeschneiderte Lösungen auf Basis des Baukastenprinzips« beschäftigte sich der Vortrag des Referenten-Duos Martin Hopf von Leoni und Sebastian Kahnt von Intedis, einem Joint Venture von Leoni und Hella. Ausgehend von den drei Trends, Elektrifizierung der Komponenten (48 V), Elektrifizierung des Antriebsstrangs und Fahrerassistenzsystemen bis hin zum autonomen Fahren, entstehen zahlreiche neue Anforderungen an das Bordnetz. Wie lässt sich die Energie im Fahrzeug verteilen ohne Sicherheitsaspekte zu vernachlässigen? Hopf und Kahnt gingen das Problem mit einer Architekturanalyse an, die die Funktionspartitionierung und die Erfüllung von funktionaler Sicherheit unter die Lupe nimmt und daraus dann einen digitalen Zwilling für das Energie-Management entwickelt. Design und Validierung finden dabei dann per Simulation des digitalen Zwillings statt. Bei der Analyse wurden drei Szenarien untersucht: ein risikovermeidender, ein evolutionärer und ein revolutionärer Ansatz (Bild 1 – alle Bilder in der Bildergalerie). Das Fazit von Hopf und Kahnt war, dass es leider noch keine Standardisierung der Energieverteilung gibt, die für die Durchsetzung eines revolutionären Ansatzes wichtig wäre. Kurzfristig seien risikovermeidende Ansätze mit Prefuse-Komponenten zu erwarten, mittelfristig intelligente PDUs (Power Distribution Units).

Komplexität erfordert virtuelle Entwicklung

Auch bei BMW sieht man die virtuelle Entwicklung eines Energiebordnetzes als unvermeidbar an. Dazu war das Referenten-Duo Dr. Christoph Weissinger und Stefan Schwimmbeck live aus dem Forschungs- und Ingenieurzentrum von BMW in München zugeschaltet, und stellte ihre vier Megatrends im Kontext des Energiebordnetzes vor: CO2 und Emission, Antriebsvielfalt, Safety und Topologievielfalt. Daraus leitet das Duo ab, dass die Komplexitätsbeherrschung der Energiebordnetz-Entwicklung künftig nur noch mittels virtueller Entwicklungsmethoden möglich ist.

Dazu haben die beiden BMW-Ingenieure sechs zentrale Disziplinen der virtuellen Energiebordnetz-Entwicklung für eine optimierte Auslegung definiert (Bild 2). Diese virtuelle Entwicklungsmethodik ermögliche ein optimiertes Energiebordnetz-Design mit hoher Qualitätsreife bereits zu einem frühen Zeitpunkt. Ein wesentlicher Aspekt sei dabei eine detaillierte Modellbildung. Die komplexe Wechselwirkung der Komponenten und Funktionen im Energiebordnetz in Kombination mit Integritätsanforderungen an die Energieversorgung lassen sich künftig nur noch per Systemsimulation im hoch aufgelösten Zeitbereich beherrschen. Daher postulieren Weissinger und Schwimmbeck, dass eine belastbare Systemauslegung über automatisierte Daten- und Modellierungsprozesse erfolgen muss (Bild 3). Für die prozesssichere Simulationsdurchführung benötige man ein vernetztes Datenmanagement und dedizierte Schnittstellen. Eine Validierung der Simulation konnte anhand von Messungen am Versuchsträger erfolgreich durchgeführt werden. Die Modellierung von Betriebs- und Alterungszuständen ermöglicht eine Zuverlässigkeitsanalyse im realen Kundenbetrieb.

Bordnetz Kongress 2020

Bild 1. Für die Evolution des Energiebordnetzes untersuchte das Referenten-Duo Martin Hopf von Leoni und Sebastian Kahnt von Intedis drei Szenarien: ein risikovermeidender, ein evolutionärer und ein revolutionärer Ansatz.
Bild 2. Bei BMW sieht man die virtuelle Entwicklung eines Energiebordnetzes als unvermeidbar an. Das Referenten-Duo Dr. Christoph Weissinger und Stefan Schwimmbeck haben dazu sechs zentrale Disziplinen der virtuellen Energiebordnetz-Entwicklung für e
Bild 3. Eine belastbare Systemauslegung muss über automatisierte Daten- und Modellierungsprozesse erfolgen. Für die prozesssichere Simulationsdurchführung benötige man ein vernetztes Datenmanagement und dedizierte Schnittstellen.

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Fehlertolerantes Energiebordnetz

Mit zunehmender Automatisierung des Fahrens steht als Rückfallebene kein Fahrer mehr zur Verfügung, der im Notfall noch lenken und bremsen könnte. Also müssen diese Aufgabe elektronische Systeme im Fahrzeug übernehmen. Das bedeutet, dass das Energiebordnetz (EBN) auch im Fehlerfall funktionieren muss, also »fail-operational« sein muss. Eine Notfallabschaltung reicht nicht aus. Christian Sültrop vom Fraunhofer IISB in Erlangen beschäftigte sich in seinem Vortrag »Fehlertolerantes Energiebordnetz mit intelligenten Netzknoten« genau mit dieser Problemstellung und stellte das BMBF-geförderte Forschungsprojekt »HiBord« vor, in dem es um »Hochverfügbare und intelligente Bordnetztopologien für automatisierte Fahrzeuge« geht. Volle Redundanz erfordert eine hohe Anzahl an Komponenten, deshalb orientiert sich HiBord an einem ganzheitlichen Ansatz, der vier Aspekte umfasst:
•    Auswirkung der Elektrifizierung des Antriebsstrangs auf das EBN gezielt nutzen
•    Verfügbarkeit der Energieversorgung nur so weit steigern, wie nötig
•    Abstimmung der Systemarchitektur sowie des System- und Komponentenverhaltens aufeinander
•    Einführung möglichst weniger neuer Komponenten
Bild 4 zeigt wie intelligente Energieverteilknoten aussehen können. Hier hat Sültrop zwei Varianten vorgestellt, einen intelligenten Wandlerknoten und einen intelligenten Speicherknoten, der Energie puffern kann.

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1. Energiebordnetz vor großen Herausforderungen
2. Datenübertragungs-Trends im Bordnetz

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