48-Volt-Ebene wird sich als (Teil-) Bordnetz etablieren

Weniger durch mehr

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Erste Vorboten des 48-Volt-Bordnetzes sind bereits im Markt angekommen. Die neue Spannungsebene soll Antriebe und Fahrzeuge leistungsfähiger und zugleich sparsamer machen.

Der Autor: Hartmut Hammer, freier Mitarbeiter der AutomobilKonstruktion

Das bisherige 12-Volt-Bordnetz stößt an seine Grenzen. Erstens vergrößert sich der Elektrizitätshunger der Automobile im Zuge der wachsenden Elektrifizierung so weit, dass ihn ein Generator im 12-Volt-Bordnetz bald nicht mehr stillen kann. Zweitens schwebt der ab 2021 geltende Emissionsgrenzwert von 95 g CO2 pro Kilometer samt Strafzahlungen wie ein Damoklesschwert über den OEMs und wird wohl nur durch eine intensivere Elektrifizierung des Antriebs zu erreichen sein.
In diesem Kontext spielen Hybridantriebe eine Schlüsselrolle. Insbesondere die Premium-OEMs setzen auf leistungsstarke Hochvolt-Plug-in-Hybride, die – zumindest auf dem Papier – einen sensationell günstigen Kraftstoffverbrauch erzielen. Allerdings ist die Technik aufwendig und bisher noch kein Kassenschlager.
Milder ist kostengünstiger
Mehr Erfolg versprechen da Mildhybrid-Anwendungen auf 48-Volt-Basis. Auf diesem Spannungsniveau kann ein Startergenerator schon bald 15 bis 20 kW Leistung entwickeln, damit den Verbrennungsmotor komfortabel starten, ihn beim Beschleunigen unterstützen und Lastpunktverschiebungen hin zu verbrauchsspezifischen Bestpunkten ermöglichen. Bei gleichmäßiger Fahrt mit niedriger Last kann er sogar für kurze Zeit den Verbrennungsmotor als Antriebsquelle ersetzen (Segel-Modus). Außerdem wandelt der 48-Volt-Startergenerator beim Abbremsen einen viel größeren Teil der Bewegungsenergie wieder in elektrische Energie um als ein 12 Volt-Generator. Diese Multifunktionalität in Verbindung mit intelligenten Betriebsstrategien kann den Kraftstoffverbrauch um bis zu 25 Prozent senken, sind beispielsweise Bosch und Continental überzeugt.
Auch bei den Kosten kann der 48-Volt-Hybrid punkten: Er erzielt nach Angaben von Delphi 70 Prozent des Nutzens eines Hochvolt-Plug-in-Hybriden bei nur etwa 30 Prozent von dessen Kosten. 48-Volt-Mildhybridsysteme dürften schon bald weniger als 1000 Euro kosten, nicht zuletzt wegen der einfacheren Systemintegration und dem deutlich geringeren Aufwand für Berührungs- und Personenschutzmaßnahmen.
Einer geht voran
Allerdings halten sich die OEMs mit 48-Volt-Serienkonzepten bisher noch zurück. So weist etwa BMW darauf hin, dass man zwar „zu gegebener Zeit ein Fahrzeug mit 48-Volt Bordnetz anbieten“ werde, dies aber „bei den aktuellen Modellen – auch bei den elektrifizierten Fahrzeugen – technisch nicht erforderlich“ sei. Ähnlich zurückhaltend kommentiert Mercedes-Benz das Thema. Bei einer Presseveranstaltung im Frühsommer hieß es lediglich, das 48-Volt-Bordnetz werde Standard in der Zukunft. Erstes Modell mit der neuen Spannungslage könnte die E-Klasse werden.
Am offensivsten beackert derzeit Audi das Thema. So hat man im März 2016 den SQ7 mit zusätzlichem 48-Volt-Bordnetz vorgestellt, an das ein elektrischer Verdichter und eine elektrifizierte Wankstabilisierung angeschlossen sind. Der SQ7 soll Ende 2016 auf den Markt kommen, etwas später gefolgt vom neuen Q5. Auch dieser wird ein 48-Volt-Teilbordnetz in Kombination mit einem riemengetriebenen 48-Volt-Startergenerator (Mildhybrid) und einem Reihenvierzylinder-Dieselmotor aufweisen. Und der neue A8 wird ab 2017 mit 48-Volt-Technik ausgerüstet sein. In etwa zehn Jahren sollen alle neuen Modelle mit den vier Ringen – mit Ausnahme der Hochvolt-E-Fahrzeuge – mit Mildhybrid-Technik und weiteren 48 Volt-Systemen wie Verdichter, Pumpen, Heizungen ausgerüstet sein.
Serienanlauf ja, aber keine Namen
Die Schwestermarke Volkswagen hält sich bezüglich 48 Volt noch zurück. Kommuniziert wird lediglich, dass die achte Generation des Golf im Jahr 2018 oder später mit 48-Volt-Bordnetz erhältlich sein wird. Ford hat mit Continental und Schaeffler zwei Versuchsträger mit 48-Volt-Mildhybrid-Technik auf die Beine gestellt. Das neuere „Gasoline Technology Car II“ auf Basis eines Ford Focus soll mit einem zwischen Verbrennungsmotor und Handschaltgetriebe integrierten 48-Volt-Startergenerator und ausgefeilten Betriebsstrategien den Kraftstoffverbrauch im Vergleich zum Serienfahrzeug um ein Viertel senken.
Zulieferer Continental hat noch für 2016 in Europa und Nordamerika zwei Serienanläufe von 48-Volt-Mildhybridsystemen angekündigt, Bosch gibt einen ähnlichen Zeitraum für den ersten Serienstart an. Auch Delphi hat kürzlich ein 48-Volt-Konzeptfahrzeug (auf Basis eines Honda Civic mit 1,6-Liter-Dieselmotor) präsentiert, das mehr als zehn Prozent Kraftstoff einsparen soll. Zwei Serienprojekte sollen ab 2017 starten. Großen Wert legt man auf die Gesamtsystem-Kompetenz, die nach eigenen Angaben neben der Entwicklung von E-Motor und Leistungselektronik auch das Batteriemanagement, die komplette elektrische Architektur – auch in Verbindung mit dem 12-Volt-Bordnetz – sowie die Einbindung von Tier2-Lieferanten umfasst.
Bei den Zulieferern tut sich was
Ein Lieferant, wie es zum Beispiel Preh sein könnte. Das Unternehmen aus dem unterfränkischen Bad Neustadt hat eine individuell konfigurierbare 48 Volt Battery Control Unit (BCU) entwickelt und bereits einen ersten Serienauftrag dafür. Die BCU verfügt über MOSFET-Schalter, die mittels allpoliger Trennung der Batterie für die Einhaltung der Sicherheitsanforderungen sorgen. Sie deckt alle relevanten Batteriemanagement-Funktionen ab, zum Beispiel das gleichmäßige Laden- und Entladen aller Zellen. Zudem ist ein hochgenauer Stromsensor integriert, der nach Unternehmensangaben auch nach zehn Jahren noch eine Genauigkeit von 0,35 Prozent erreicht, bei 0,1 % Anfangskalibrierung.
Auch TE Connectivity sieht im 48 Volt-Bordnetz einen gewissen Markt. Entscheidend werde sein, ob die Technik zu wettbewerbsfähigen Preisen angeboten werden könne, damit insbesondere im preissensiblen Volumenmarkt geringere Kraftstoffkosten über die Lebenszeit den höheren Anschaffungspreis kompensieren. TE will dazu mit Steckverbindern, Kontaktsystemen, Relais und Sensoren beitragen, die man 2017 oder 2018 in einem ersten Serienprojekt einsetzen werde. Abgeleitet sind die Komponenten zum Großteil aus bestehenden 12-Volt-Applikationen. Wie bei jedem neuen Segment dürfte es noch einige Zeit dauern, bis die OEMs Standards und Rahmenbedingungen definiert haben, so dass derzeit jeder Zulieferer die 48-Volt-Komponenten noch nach separaten Spezifikationen der OEM entwickelt.
Auch der Kabelspezialist Leoni geht davon aus, dass für das 48-Volt-Netz viele 12-Volt-Komponenten sinnvoll adaptiert werden können. Erhöhte Aufmerksamkeit widmet man dem Leitungsschutz, etwa durch einen intelligenten Leistungsverteiler mit Lichtbogendetektion. Hierzu arbeitet Leoni mit Kunden, Lieferanten und Forschungsinstituten eng zusammen. Auch erste 48-Volt-Teilbordnetze liefert man schon in Serie.
Dass 48 Volt einen veritablen Markt darstellt, belegen auch die Prognosen. So geht Bosch davon aus, dass im Jahr 2020 gut drei Millionen Neufahrzeuge mit 48-Volt-Systemen auf den Markt kommen werden. Die Analysten von IHS prognostizieren für 2025 ein Volumen von elf Millionen Einheiten – etwa jeder zehnte Pkw weltweit. Aufhorchen lassen sollte auch das Gedankenspiel eines deutschen Automotive-Managers: Sollte der Diesel auf dem Markt weiterhin massivem Druck ausgesetzt sein, wird der 48-Volt-Hybrid mit Ottomotor seiner Meinung nach die einzige adäquate Ersatzlösung sein, die ähnlich niedrige Verbrauchswerte erreichen kann.
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