Adventskalender 2018

Türchen Nr. 22: Das 48-V-Bordnetz

Um es vorweg zu nehmen, bei einem 48-V-­Bordnetz handelt es sich laut Definition nicht um eine Hochvoltanwendung. Erst ab 60 V spricht man von einem Hochvolt-­System. Da zahlreiche Automobilhersteller jedoch auf 48 V setzen, ist dem Thema ein eigenes Kapitel gewidmet.

Mit dem 48-V-Bordnetz lassen sich unterschiedliche Hybrid-Varianten realisieren, ohne jedoch die Sicherheitsmaßnahmen, die bei einem Hochvolt-System notwendig sind, berücksichtigen zu müssen. Hersteller, wie zum Beispiel die Daimler AG, gehen davon aus, dass sich mit 48-V-Systemen bis zu 70 Prozent der Energie- und Emissionsvorteile eines Hochvolt-Systems realisieren lassen. Die Kosten liegen dabei anteilig bei lediglich rund 30 Prozent im Vergleich zur Hochvolt-Variante.

Hybridkonzepte

Viele der klassischen Hybrid-Konzepte lassen sich auch mit einer 48-V-Technologie umsetzen. Die folgende Tabelle zeigt eine Übersicht der verschiedenen Hybridvarianten.

Mit dem *Hybridisierungsgrad ist das Verhältnis von elektrischer Antriebsenergie (Pelektrisch) zur gesamten Antriebsenergie (Pelektrisch + Pmechanisch) des Fahrzeugs gemeint:

Die Tabelle zeigt, dass sowohl Micro-, als auch Mild- und Full-Hybride mit einem 48-V-Bordnetz realisiert werden können. Entgegen dem 42-V-Bordnetz, das vor einigen Jahren diskutiert wurde, wird das 12-V-Bordnetz bei 48 V nicht ersetzt.

Höhere Leistung im 48-V-Bordnetz

Ein 48-V-Hybridantrieb arbeitet also mit zwei unterschiedlichen Bordspannungen (12 V und 48 V). Warum setzen die Hersteller nicht auf ein Hochvolt-System (> 60 V) oder belassen es bei einem 12-V-Bordnetz? Grundsätzlich gilt, dass sich jede elektrische Leistung auch aus einem 12-V-Bordnetz beziehen lässt. Sie ist durch  P=U∙I  (Leistung = Spannung × Strom­stärke) definiert.

Renault bietet zum Beispiel den Scénic Hybrid Assist mit einem riemengetriebenen Starter-Generator an. Dieser Generator leistet 6 kW und wird über ein 48-V-­Bordnetz versorgt. Bei dieser Spannung fließt im Betrieb ein Strom von 125 A.

Sollte derselbe Generator mit 12 V versorgt werden, würde ein Strom von 500 A fließen.

Die Batterie müsste über eine entsprechend hohe Kapazität verfügen und der Starter-Generator müsste dann für entsprechend hohe Ströme ausgelegt werden. Das wiederum würde bedeuten, dass die Ausmaße und damit das Gewicht des
Starter-Generators durch die wesentlich dickeren Spulendrähte erheblich größer wären.

Der Starter-Generator könnte noch deutlich kompakter ausgelegt werden, wenn man ihn durch ein Hochvolt-Netz versorgt. Bei einer Bordnetzspannung von beispielsweise 200 V fließt durch die Maschine nur noch ein Strom von 30 A. Trotzdem verzichtet Renault aus genannten Gründen bei diesem Modell auf ein Hochvolt-System.

Ein 48-V-Bordnetz arbeitet unterhalb der gefährlichen Berührungsspannung. Somit entfallen sämtliche Sicherheitsmaßnahmen die bei einem Hochvoltsystem beachtet werden müssen (siehe Kapitel 1.3). Ein 48-V-Netz stellt also immer einen Kompromiss dar.

Renault Scénic Hybrid
Assist: Der weltweit erste 48-Volt Hybrid-Antrieb von Continental im Serieneinsatz. Der Niedervolt-Hybridantrieb auf Basis eines wassergekühlten Induktionsmotors stellt den Angaben zufolge zusätzlich ein Drehmoment von 60 Newtonmeter bereit. Durch die Übersetzung im Riementrieb können laut Continental bis zu 150 Newtonmeter zusätzlich auf die Kurbelwelle übertragen werden. CO2 -Zielwert: 92 Gramm pro Kilometer.
Bild: Continental

Dieses Kapitel ist in folgendem Fach erschienen:

Grundlagen Kfz-Hochvolttechnik

3. Auflage 2018, von Martin Frei, 100 Seiten, zahlreiche Abbildungen, 34,95 Euro

Inhalt (Auszug)

  • Gefahren des elektrischen Stroms
  • Das Prinzip der Hochvoltbatterie
  • Das Hochvoltnetz
  • Spannungsfreischaltung eines HV-Systems
    Der Elektromotor, der Generator
  • Inverterschaltungen, Leistungselektronik
  • Qualifikationen zur Arbeit an HV-Systemen
  • Neu: Die Brennstoffzelle, Das 48V-Bordnetz

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