Zwischen dem altbewährten 12-Volt-Bordnetz und den Hybriden sowie Elektrofahrzeugen werden bald 48-Volt-Bordnetzsysteme Einzug halten. Die ersten Serienanwendungen lassen aber noch wenige Rückschlüsse auf Standards zu.
Der Autor: Hartmut Hammer, freier Mitarbeiter der AutomobilKonstruktion
Als einer der ersten Zulieferer hat Delphi Vollzug beim 48-Volt-Bordnetz gemeldet. „Wir bearbeiten aktuell drei Serienentwicklungsprojekte für 48-Volt-Systeme“, bestätigt Christian Schäfer, Leiter Vorentwicklung für E/E-Systeme und Bordnetz bei Delphi in Europa. „Beim ersten mit Serienstart 2016 handelt es sich um einen Leitungssatz samt Steckverbindungen für einen Mild Hybrid eines europäischen Volumenherstellers. Inklusive Boost- und Rekuperationsfunktion sowie zusätzlich mit Anschluss einer Zuheizung und eines Klimakompressor an dieses Spannungsnetz.“
Als große Herausforderungen für diesen Serienauftrag bezeichnet Schäfer die Anpassung der Komponenten an das NVH-Verhalten des Verbrennungsmotors und die hohen Ströme im 48-Volt-System. Denn ein Dreizylinder-Downsizing-Motor stellt höhere NVH-Anforderungen an die Vibrationsklasse der Leitungen und Steckverbindungen als ein herkömmlicher Motor mit mehr Zylindern. Da Delphi die 48-Volt-Systemkomponenten aus dem bestehenden 12-Volt-Produktportfolio heraus entwickelt – Hochvoltkomponenten wären dafür überdimensioniert und zu kostspielig – müssen deren Eigenschaften an die höheren Anforderungen angepasst werden. Beispielsweise müssen die Kabel und Steckverbinder hohe Ströme von bis zu 300 A verkraften. Die beiden anderen Serienaufträge betreffen ein ähnliches Kontaktierungssystem wie eben genannt, sowie ein 48-Volt-Verteilzentrum, das 2017 bei einem europäischen OEM in Serie gehen soll.
Ganz Branche arbeitet an ähnlichen Lösungen
Einen ähnlichen Zeithorizont nennt auch Continental. 2016 sollen laut Bernd Mahr, Executive Vice President der Business Unit Hybrid Electric Vehicle bei Continental, „die ersten Komponenten der 48-Volt-Eco-Drive-System in Serie gehen, weitere Projekte sind bereits in der Serienentwicklung.“ Schätzungsweise arbeitet die ganze Branche an diesem Thema. Beweggrund ist vor allem das Damoklesschwert „95 Gramm“, das mit empfindlichen Strafzahlungen droht, sollten die OEMs die ambitionierten CO2-Vorgaben nicht erfüllen. Wobei die Not teilweise so groß ist, dass ein europäischer OEM wohl plant, alle Modelle mit einem 48-Volt-Teilbordnetz auszurüsten.
Denn ein 48-Volt-Mildhybridsystem kann den Kraftstoffverbrauch je nach Fahrprofil etwa um 10 bis 25 Prozent senken, etwa durch Boosten, Rekuperieren, einen optimierten Motorwirkungsgrad durch Lastpunktverschiebung oder eine Segelfunktion. Zudem lassen sich elektrische Verbraucher mit höherem Energiebedarf – wie etwa Frontscheibenheizungen, elektrisch betriebene Lenkungen, Öl- und Wasserpumpen sowie Lader – ebenfalls effizienter betreiben und ein 48-Volt-Bordnetz erfordert keinen signifikant aufwändigeren Berührungsschutz und – anders als bei Hochvolt-Hybriden – kaum Eingriffe in die Motor- und Getriebekonfiguration.
Die Effizienz des 48 Volt-Mildhybrids liegt nicht zuletzt in der höheren (Rekuperations-)Leistung des Generators von aktuell 10 bis 15 kW begründet. Zum Vergleich: Ein herkömmlicher 12-Volt-Generator entwickelt drei bis fünf Kilowatt Leistung. Leistungssteigerungen bis 18 kW halten die Experten für mittelfristig möglich. Ebenfalls noch nicht endgültig definiert ist das Layout des Energiespeichers, hier sind Lithium-Ionen-Batterien, Supercaps oder Exoten wie eine Blei-Kohlenstoff-Batterie im Gespräch. „Die Verbindung zum bisherigen 12 Volt-Bordnetz stellt optimaler Weise ein bidirektionaler DC/DC-Konverter her. Für den Energietransport vom 12- zum 48-Volt-Bordnetz dürfte eine Konverterleistung von einem Kilowatt ausreichen, in die andere Richtung sind etwa drei Kilowatt angebracht“, so Christian Schäfer.
De-facto-Standards
Ähnlich wie beim 12-Volt-Bordnetz wird es wohl nur wenige nationale und internationale Standards und Vorgaben geben. Realistischer erscheinen informelle Festlegungen und Vereinheitlichungen, die dann über kurz oder lang zu De-facto-Standards mutieren.
Kostengünstige 48 Volt-Systeme mit riemengetriebenem Generator richten sich eher an Kompakt- und Mittelklassefahrzeuge. Plug-In-Hybridantriebe hingegen werden wohl eher mit Hochvolttechnik realisiert, auch wenn es erste Ansätze für 48 Volt- Plug-In-Hybridantriebe gibt. Was aber nicht ausschließt, dass in Einzelfällen auch alle drei Spannungsebenen (12 V, 48 V und Hochvolt) in einem Fahrzeug integriert sein könnten.
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