Prüfstand für eine neue Generation Strom
Das 12-V-Bordnetz stößt in modernen Kraftfahrzeugen an seine Grenzen. Immer mehr Hersteller installieren deshalb ein zweites, stärkeres Netz – mit 48 Volt. Damit die neuen 48 V-Konzepte in den Autos verbaut werden dürfen, müssen die neuen Geräte sehr strenge und aufwendige Zulassungsprüfungen bestehen. Diese werden in modernen Testzentren durchgeführt, zum Beispiel im AUCOTEAM Prüflabor.
Während Autos früher hauptsächlich mechanische Komponenten für die Fortbewegung benötigten, werden heute immer mehr elektrische Antriebe im Fahrzeugen verbaut. Damit stößt das 12 V-Bordnetz an seine Grenzen. Auch der wachsende Wunsch nach Komfort – Sitzheizung, elektrische Fensterheber sowie Assistenzsysteme, Komfort- und Sicherheitseinrichtungen – lässt immer höhere Ströme in einem 12 V-Bordnetz fließen. Damit das Bordnetz für diese Aufgabe gut gewappnet ist, installieren immer mehr Autohersteller ein zweites, stärkeres Netz – mit 48 Volt! Die höhere Spannung erlaubt mehr Leistung, um den steigenden elektrischen Bedarf moderner Autos zu decken. Ein weiterer Vorteil: die Verkabelung.
Vorteile der 48 V-Kabel
12 V/ 48 V Querschnitte – © Continental Deutschland
Bei gleichem Leitungsquerschnitt kann durch ein 48 V-Kabel viermal so viel Leistung transportiert werden wie bei einem 12 V-Kabel. Das bedeutet im Umkehrschluss, dass bei geringeren Strömen und gleicher Leistung kleinere Kabelquerschnitte verbaut werden können. Diese haben einen geringeren Raumbedarf und senken zusätzlich das Fahrzeuggewicht. Bei einem 48 Volt-Netz und einer speziellen Batterie lässt sich außerdem mehr Strom zurückgewinnen als bisher.
Physisch besteht ein 48 V-Bordnetz aus einem Riemenstarter-Generator mit integriertem Inverter, einem DC/DC-Wandler, der zwischen 48 V und 12 V wandelt, sowie einem Lithium-Ionen-Akku mit ähnlichen Abmessungen wie eine Blei-Säure-Batterie.
Der 48 V-Riemenstarter-Generator startet den Verbrennungsmotor leise und komfortabel innerhalb von maximal 0,2 s. Dieser Riemenstarter-Generator ist Anlasser und Lichtmaschine in einem Gerät. Die höhere Kapazität der Lithium-Ionen-Batterie ist zudem ausreichend, um die Verbraucher im Fahrzeug auch in längeren Stillstandsphasen mit elektrischer Energie zu versorgen, ohne dass der Verbrenner eingeschaltet werden muss. Somit kann der Verbrennungsmotor möglichst oft und lange ausgeschaltet werden und die Fahrstrategie des Coasting (Ausrollen ohne Antrieb, Antriebstrang abgekoppelt) kann besser ausgenutzt werden. Je nach Fahrprofil besteht die Möglichkeit, den verbrennungsmotorischen Antriebtriebsteil so bei bis zu einem Viertel der Fahrzeit abzuschalten. Ein 48 Volt-Hybridsystem bietet dadurch die nach heutigem Stand beste Möglichkeit den Kraftstoffverbrauch und CO2-Ausstoß zu reduzieren. Die mögliche Sprit-Ersparnis liegt im Normverbrauch bei rund 13, im realen Stadtverkehr bei rund 21 Prozent.
Sicherheit der 48 V-Bordnetze
12 V/ 48 V DC/DC-Prüfrack
Die neuen 48 V-Bordnetze sind, unter dem Aspekt der Sicherheit, genauso unproblematisch wie das 12-V-Bordnetz. Beide liegen unterhalb der international gültigen Grenze von 60 V für die Berührsicherheit von gleichstromführenden Komponenten.
Doch nicht alle elektrischen Verbraucher werden künftig auf die höhere Spannung umgerüstet. Der Hauptgrund liegt unter anderem an der Verfügbarkeit der Komponenten, die entweder ausschließlich für 12 Volt ausgelegt oder aber als 48 Volt-Variante noch zu teuer sind. Außerdem benötigen viele elektrische Verbraucher wenig Leistung und sind somit im 12 Volt-Bordnetz gut aufgehoben.
AUCOTEAM baut Prüfstand für 48 V-Fahrzeugkomponenten
Prüfstand für Elektromobilität
Damit die neuen 48 V-Konzepte in den Fahrzeugen verbaut werden dürfen, müssen die neuen Geräte sehr strenge und aufwendige Zulassungsprüfungen bestehen. Diese werden zum Beispiel im Prüflabor der AUCOTEAM GmbH durchgeführt. Mittlerweile reicht es aber schon lange nicht mehr aus, die Prüflinge einfach in einen Klimaschrank oder auf den Vibrationstisch zu legen. Die Geräte, wie zum Beispiel der DC/DC- Wandler, müssen zahlreiche elektrische Prüfungen und Belastungstests durchlaufen. Hierfür haben die Hersteller von Automotive-Komponenten einen speziellen Prüfstand entwickelt. Dieser Prüfstand, der in der Schaltschrankwerkstatt von AUCOTEAM gebaut wurde, dient der Durchführung von Langzeittests zur Umwelterprobung. Dabei werden die Prüflinge verschiedenen klimatischen Einflüssen ausgesetzt und währenddessen elektrisch betrieben.
Simulation des Betriebszustandes im Fahrzeug
Mit den Prüfständen wird der Betriebszustand in Fahrzeugen simuliert. Dadurch lassen sich sehr realistische Grenzszenarien durchtesten. Das Prüfrack besteht aus einer Bedienerseite und einer Prüflingsanschlussseite. Über die Vorderseite werden die einzelnen Komponenten des Teststandes bedient. Die Adaptierung der Prüflinge erfolgt über einen speziell dafür entwickelten 19“-Einschub auf der Rückseite der Anlage.
Stephan Finner
