Systemstruktur eines modernen Bordnetzes.
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Das Rennen um verbrauchsarme Automobile verstärkt die Notwendigkeit, zahlreiche Fahrzeugkomponenten zu elektrifizieren. Die Folge: Moderne Bordnetze werden zunehmend komplexer.
Das elektrische Bordnetz künftiger Fahrzeuge ist ein komplexes Gebilde. Denn um den Verbrauch zu senken, werden zahlreiche Fahrzeugkomponenten elektrifiziert - und mit dem 48-V-Bordnetz eine zweite Spannungsebene eingeführt. Zwar lässt sich der erhöhte durchschnittliche Energiebedarf im Fahrzeugbordnetz durch leistungsfähigere Generatoren beziehungsweise größere Energiespeicher abdecken. Doch die hohen transienten Lasten stellen die wirkliche Herausforderung dar.
Welche Möglichkeiten heute zur Lösung des Problems exisitieren, haben in der aktuellen ATZelektronik die Springer-Autoren Dr. Josef Zehetner, Di Wenpu Lu und Dr. Daniel Watzenig aufgelistet. In ihrem Beitrag „Entwurf moderner Bordnetze mittels Co-Simulation und Modellbibliothek“ zeigen sie unter anderem drei mögliche Lösungen für künftige Bordnetzkonzepte.
Redundante Energiespeicher
Redundante Energiespeicher für sicherheitsrelevante Fahrzeugsysteme mit hoher transienter Leistungsaufnahme. Der zusätzliche, in der Regel klein dimensionierte Energiespeicher kann eine Batterie oder ein Doppelschichtkondensator sein. Im normalen Fahrzeugbetrieb ist der zusätzliche Energiespeicher vom Bordnetz entkoppelt, er dient daher nur als Backup für die Hauptenergieversorgung.
Dezentrale Leistungsmodule
Dezentrale Leistungsmodule zur lokalen Stromversorgung (Insellösung): Ein Leistungsmodul besteht in der Regel aus einem Doppelschichtkondensator (EDLC), einem bidirektionalen DC/DC-Wandler und einem Steuergerät. Dem elektrischen Verbraucher wird lokal Leistung zur Verfügung gestellt, wodurch Spannungsspitzen im Bordnetz geglättet werden. Durch die Entkoppelung transienter Hochleistungsverbraucher (zum Beispiel elektrisch angetriebene Servolenkung, Electronic Power Steering, EPS) kann eine stabile Stromversorgung sichergestellt werden. Dicke Hochstromkabel können ebenfalls vermieden werden. Aufgrund der relativ hohen Kosten von EDLC könnte auch eine Hochleistungsbatterie eingesetzt werden.
Zweite Spannungsebene
Die Einführung einer zweiten Niederspannungsebene (zum Beispiel 48 V [2]) ermöglicht es, im Gegensatz zur Insellösung, auch Hochenergieverbraucher, wie Antriebsstrangkomponenten für Mild-Hybrids [3], über lange Zeit betreiben zu können.