Die Spannung im Auto steigt

Fahrzeuge mit Mild-Hybrid-Antrieb und vielen elektrischen Verbrauchern können von einer höheren Spannung im Auto profitieren. Bei diesem Antrieb unterstützt ein Elektromotor den Verbrennungsmotor. Bild: Bosch

Seit mehr als 40 Jahren ist im Bordnetz von Autos 12 Volt die Spannung der Wahl. Doch bei immer mehr stromhungrigen System gerät ein solches Netz an seine Grenzen. Erste Systeme setzen bald auf 48 Volt.

Mit einem Tastendruck summt der Motor, und der Sitz schiebt sich nach hinten, ein zweiter stellt die Lehne steil, und mit einem dritten wird die Sitzfläche warm. Kaum ein Auto kommt heute ohne Stellmotoren und Steuerungssysteme aus. Was für Komfort und Zufriedenheit bei den Passagieren sorgt, bereitet Elektroingenieuren Kopfzerbrechen. Denn moderne Autos verbrauchen immer mehr Strom - das 12-Volt-Bordnetz stößt damit an seine Grenzen. Künftig könnten sich 48 Volt als Standard durchsetzen.

Schon einmal wurde die Spannung geändert. Der VW Export-Käfer erhielt ab 1967 statt einer 6-Volt-Anlage eine mit 12 Volt, um auch bei Kälte den Anlasser zu drehen. 2 Volt pro Batteriezelle und sechs Zellen etablierten sich, stießen aber bei manchen Luxusfahrzeugen Ende der 1990er Jahre wieder an ihre Grenzen. Doch der Versuch des Verbands der Automobilindustrie (VDA), 2001 eine höhere Bordspannung von 42 Volt einzuführen, scheiterte.

Dabei bietet eine höhere Spannung Vorteile. Viele Funktionen werden heute elektrisch ausgeführt. Dadurch sind laut VDA die 12-Volt-Bordnetze ausgereizt. Vor allem Bremsenergie-Rückgewinnung, Wankstabilisatoren, Start-Stopp-Systeme und Mild-Hybrid-Systeme erfordern höhere Spannung, da sie kurzzeitig viel Energie benötigen. Mit der 48-Volt-Technik besteht die Möglichkeit, größere Energiemengen zu übertragen.

Höherer Energiebedarf

Matthias Richter, Professor für Elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) und Nachrichtentechnik an der Westsächsischen Hochschule Zwickau, sieht den 12-Volt-Standard am Ende: "Die Fahrzeugelektrik und -elektroniksysteme nehmen zu. Dadurch kommt es zu einem immer höheren Energiebedarf. Um starke Verbraucher wie Klimaanlagen und elektrische Lenkungen zu versorgen, ist ein Bordnetz mit höheren Bordspannungen sinnvoll."

Mit 48 Volt ist ein niedrigerer Leitungsquerschnitt möglich, dadurch gibt es weniger Wärmeentwicklung und weniger Verluste. Durch die Erhöhung auf 48 Volt kann bei gleichem Stromfluss die Leistung vervierfacht werden. Dafür sind Baugruppen wie ein DC/DC-Wandler nötig, der die Spannung transformiert, zudem eine zweite Batterie.

"Eine 48-Volt-Bordspannung ist ideal für Verbraucher, die kurzzeitig für eine hohe Leistung bisher im 12-Volt-Bordnetz viel Strom benötigen", sagt Hanno Jelden, Leiter Antriebselektronik der technischen Entwicklung bei Volkswagen. "Ein Vorteil bei 48-Volt-Leistungsbauteilen ist die Größe: Die elektrischen Motoren können mehr Leistung bei geringerem Strom aufnehmen und fallen kompakter aus, da die verbauten Transistoren und Leistungsschalter kleiner sind. Dadurch werden diese Bauteile auch günstiger", sagt Jelden.

Die 48 Volt kommen also - ersetzen werden sie die 12 Volt vorerst aber nicht. Zumindest am Anfang wird es einen Parallelbetrieb geben. Ideal ist die zweifache Spannung von 12 und 48 Volt laut Jelden bei Oberklassefahrzeugen mit vielen elektrischen Verbrauchern, aber auch bei kleineren Autos mit einem Mild-Hybrid-System. Dabei unterstützt ein fest mit dem Verbrennungsmotor verbundener Elektromotor das Fahrzeug bei bestimmten Situationen und spart Kraftstoff. Die Energie wird in einer separaten 48-Volt-Hybridbatterie gespeichert und bei Bedarf schnell an den Elektromotor geleitet. Das System ermöglicht somit eine kostengünstige Elektrifizierung, die den Kraftstoffverbrauch senkt.

Würde man die Spannung in allen elektrischen Systemen des Fahrzeugs auf 48 Volt erhöhen, wäre das wesentlich komplexer. Jedes noch so kleine Motörchen, jede Sicherung müsste neu konzipiert werden. Bei normalen Halogenlampen würde bei einer 48-Volt-Auslegung der Draht sehr dünn werden und damit nicht die erforderliche mechanische Festigkeit aufweisen. "Ideal wäre eine vollständige Umrüstung auf 48 Volt, technisch wird das aber aufwendig", sagt VW-Entwickler Jelden.

Oberklasse als Vorreiter

Neben den Autoherstellern beschäftigen sich auch die Zulieferer mit dem Thema, wie die Automobilzulieferer Bosch und Continental. Die Einführung eines zweiten Spannungsniveaus unter 60 Volt sei derzeit eines der Hauptthemen der Automobilindustrie, sagt Carsten Götte, Leiter der Entwicklung Bordnetzsysteme bei Continental. Ab nächstem Jahr werden die Systeme in Autos Einzug finden - vorerst nur in Oberklasseautos mit hohem Stromverbrauch. Aber auch der Einsatz in Kleinwagen ist in den nächsten Jahren denkbar, vor allem bei Fahrzeugen mit dem Mild-Hybrid-System.
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