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Die Zukunft des Bordnetzes:

Leistungsfähig bei gesteigerter funktionaler Sicherheit

12. März 2014, 9:52 Uhr | Christian Schäfer und Martin Lenz (Delphi)

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Fortsetzung des Artikels von Teil 1

Mehr Spannung an Bord: das 48-V-Bordnetz

Vor zehn Jahren scheiterte die Einführung eines 42-V-Bordnetzes – mit dem 48-V-Bordnetz wird das nicht passieren. Während das 42-V-Bordnetz das 12-V-Bordnetz langfristig ersetzen sollte, hat sich die Zielsetzung geändert. Das 12-V-System soll sinnvoll mit 48 V ergänzt werden, um neuen Hochleistungsverbrauchern den Weg ins Fahrzeug zu eröffnen, wie Starter-Generatoren, rein elektrische Lenkhilfe, Wankstabilisierung, elektrischer Turbolader, elektrische Klimatisierung uvm. Mit dem 48-V-Bordnetz kann ein vom Aufwand und den Kosten günstiges System etabliert werden, das die Funktion eines Mild-Hybrids ermöglicht, etwa Boosten und Rekuperation, um Kraftstoff zu sparen. Ein 48-V-Mild-Hybrid bringt im NEFZ eine Kraftstoffersparnis von 15 bis 18 Prozent. Ein HV-Hybridantrieb kann zwar im Vergleich dazu bis zu 25 Prozent Kraftstoff einsparen – aber zu viel höheren Kosten. Weitere Vorteile: Es sind keine HV-Sicherheitsmaßnahmen notwendig und für Hochlastverbraucher steht ein gutes Spannungsniveau zur Verfügung. Bei der Lösung mit einem riemengetriebenen Startergenerator wäre sogar der Mild-Hybrid-Antrieb ohne Eingriff in den konventionellen Antriebsstrang möglich. wären lediglich ein verstärkter Keilriemen und ein Motorsteuergerät mit Hybridfunktionen erforderlich, um beispielsweise Rekuperieren und Boosten oder Funktionen eines Premium-Start-Stopp-Systems (Segelfunktion und „Change of mind“) zu realisieren.

Umsetzung in die Praxis

Die Weichen für die Einführung des 48-V-Bordnetzes sind gestellt. Es wird daran gearbeitet, dass eine frühe Einführung geschieht. Das könnte bereits in der Fahrzeuggeneration 2016/17 der Fall sein. Bei der Einführung haben sich verschiedene Ausprägungen herauskristallisiert. Die deutschen Automobilhersteller streben eher in die Richtung, mit 48-V-Systemen weitere Komfort- und Sicherheitsfunktionen in den Fahrzeugen zu realisieren. Die weiteren OEM sehen in 48 V eher eine Schlüsseltechnologie, um ein im Vergleich zu HV-Hybridantrieben kostengünstiges Mild-Hybrid-System zu realisieren.

Delphi hilft dem Automobilhersteller dabei und bietet alles aus einer Hand an – von der Entwicklung bis zu einbaufertigen Komponenten und Systemen, etwa Batteriepacks samt Management, Leitungssätze, ganze Kabelsätze und Steckverbinder. Dazu kommt das Systemverständnis, das zur Optimierung des Gesamtsystems notwendig ist, und spezielles Applikations-Know-how. Beispielsweise sind die Experten aus den Bereichen Verkabelung, Stecksysteme und Verteilboxen in regem, engen Kontakt mit verschiedenen OEMs und Gremien zur Systemauslegung/-ausführung, Sicherheit und Normung. Das Unternehmen stellt ein umfassendes Angebot an Verbindungstechnik und geeigneten Kabeln für 48-V-Bordnetze zur Verfügung. Ein anderes Beispiel: Im Bereich Electronic & Safety haben Delphis Entwickler einen Spannungsregler konzipiert, der die Verbindung zwischen dem 12-V-Bordnetz und einem 48-V-Teilnetz sicherstellt. Besonders platzsparend und intelligent ist hierbei eine Lösung, bei der die 48-V-Lithium-Ionen-Batterie mit dem Spannungswandler kombiniert wird. Generell sind 48-V-Lösungen mit Lithium-Ionen-Batterien und Superkondensatoren möglich.

Herausforderungen meistern

Vor einer erfolgreichen 48-V-Einführung gibt es noch einige Herausforderungen. Hier muss der Spagat zwischen dem gesetzten Ziel „System kostengünstig bestehend aus Regalkomponenten“ und den Sicherheitsanforderungen gemeistert werden. Ein gutes Beispiel ist das „Hot Unplugging“ – also das Trennen eines 48-V-Steckers unter Last. Die hohe Spannung und der hohe Strom bewirken einen stehenden Lichtbogen, der erst erlischt, wenn genügend Abstand zwischen den Kontaktteilen erreicht ist. Herausforderung: eine geeignete Maßnahme zur Absicherung. Wenn diese so ausgeführt werden muss wie bei HV-Steckverbindern mit einer Interlock-Schleife und Elektronik, wird das in der Regel kostenintensiv und aufwendig. Aber reicht an dieser Stelle nicht nur die einfache Kennzeichnung und Blockade des Steckverbinders, so dass nur Fachpersonal die Verbindung unterbrechen kann? Diese Lösung wäre einfach und kostengünstig zu realisieren. Solche Aspekte sind in einer allgemein gültigen Norm zu definieren. Delphi arbeitet an dieser Normierung beim VDA mit.

Die einzelnen Herausforderungen sind stark abhängig von den Anforderungen der einzelnen Automobilhersteller, da sich die Hersteller bisher noch nicht auf einen einheitlichen Standard einigen konnten. In Diskussion sind die unterschiedlichen Bordnetz-Fehlermodi sowie deren sicheres Abfangen, Lichtbogen-Effekte bei „Hot Unplugging“, mögliche Korrosion und nicht zu vergessen die Kommunikation, zum Beispiel Massebehandlung des CAN-Bus.