Bidirektionale DC/DC-Controller 48- und 12-Volt-Systeme im Tandem

Mit den Fortschritten bei autonomen Fahrzeugen und bei der Vernetzung von Autos zusammen mit der Forderung nach niedrigerem Kraftstoffverbrauch werden die Belastungsgrenzen von herkömmlichen elektrischen 12-Volt-Automobilsystemen erreicht.

Wie lässt sich also eine Ergänzung durch ein 48-V-System effizient einsetzen?

Das vorhandene 12-V-System wird nach dem neuen Automobilstandard LV148 mit einem sekundären 48-V-Bus kombiniert. Zur 48-V-Schiene gehören u.a. folgende Elemente:

  • ein riemengetriebener Starter-Generator oder ein integrierter Starter-Generator (ISG)
  • eine 48-V-Lithium-Ionen-Batterie
  • ein bidirektionaler DC/DC-Wandler, der aus den 12-V- und 48-V-Batterien 10 kW liefern kann

Während die Automobilhersteller versuchen, die Forderung nach immer niedrigeren CO2-Emissionen zu erfüllen, zielt diese Technologie auf Hybridfahrzeuge mit elektrischem und herkömmlichem Verbrennungsantrieb ab.
Der 12-V-Bus wird weiterhin für die Versorgung von Systemen wie Beleuchtung, Infotainment, Audio und Zündung zuständig sein. Andere Systeme wie verstellbare Aufhängungen, elektrische Turbolader, Kompressoren für die Klimaanlage und das aktive Chassis sowie die Unterstützung von Nutzbremsen werden vom 48-V-Bus übernommen. Durch den 48-V-Bus, der bald seinen Einzug in aktuelle Modellreihen halten wird, könnte auch der Start des Motors unterstützt werden, was glattere Stopp-Start-Übergänge ermöglichen würde. Ein weiterer Vorzug eines Busses mit höherer Spannung wäre eine Einsparung durch den geringeren Querschnitt und das geringere Gewicht der Kabel. Dies ist extrem wichtig, denn in den heutigen High-End-Fahrzeugen können über vier Kilometer Kabel verlegt sein.

Viele Automobilzulieferer sagen für die nächsten fünf Jahre eine starke Nachfrage nach den für autonome Fahrzeuge benötigten technologischen Bausteinen voraus. Aber es ist schon heute möglich, von den Vorzügen eines 48-V-Batteriesystems zu profitieren. Einige Automobilhersteller sind z.B. der Meinung, dass ein 48-V-System bei internen Verbrennungsmotoren zu einer Kraftstoffersparnis von 10 bis 15 % führt. Dies führt wiederum zu einer entsprechend geringeren CO2-Emission.
Darüber hinaus werden die Ingenieure in der Lage sein, in Fahrzeuge eine elektrische Booster-Technologie zu integrieren, die künftig vom dualen 48-V-/12-V-System versorgt wird. Diese Technologie funktioniert unabhängig von der Motorbelastung und wird damit die Beschleunigung verbessern. Zwischen Ladeluftkühler und Ansaugsystem wird beispielsweise ein Kompressor eingebaut, der sich bereits in einer vorgerückten Entwicklungsphase befindet. Dieser Kompressor wirft die Turbolader mit 48 V an.

Aber die Zulieferer müssen auf allen Gebieten wegen der zusätzlichen 48-V-Stromversorgung der Fahrzeuge verschiedene Klippen bei der Konstruktion überwinden. Ein spezifisches Beispiel wären Hersteller von Halbleitern und ECUs, die ihre Teile neu konstruieren müssen, damit sie unter der höheren Busspannung von 48 V funktionieren. Auch die Hersteller von DC/DC-Wandlern müssen spezielle ICs entwickeln, die mit der höheren Spannung umgehen können.