Umsetzung 48-V-Bordnetz

Umsetzung 48-V-Bordnetz

Zur elektrischen Energieversorgung wird in heutigen Personenkraftwagen das seit Jahrzehnten etablierte 12-V-Bordnetz eingesetzt, das in einem Spannungsbereich bis 15 V arbeitet. Diese nach oben begrenzte Spannung führte bei steigendem Leistungsbedarf zu einer stetigen Erhöhung der auftretenden Stromstärken. Große Querschnitte der Versorgungsleitungen und schwere Bleibatterien sind der Nachteil. Perspektivisch bietet das 12-V-Bordnetz kaum noch Reserven für innovative Kundenfunktionen.

In den letzten Jahren wurde durch die Entwicklung und Einführung von Hybrid-Fahrzeugen auch das so genannte Hochvolt-Bordnetz etabliert. Die hohe Spannung bietet eine große elektrische Leistung, die zum Antrieb von Fahrzeugen verwendet werden kann.

Das Hochvolt-Bordnetz macht durch die eingesetzte Gleichspannung > 60 V besondere Sicherheits- und Personenschutzmaßnahmen notwendig.

Die Spannung des 48-V-Bordnetzes orientiert sich direkt an den gesetzlich vorgeschriebenen Grenzwerten für den Berührschutz von maximal 60 V Gleichstrom (DC). Die Spannung kann deshalb ohne die Sicherheits- und Personenschutzmaßnahmen des Hochvolt-Bordnetzes eingesetzt werden.

Durch den Einsatz einer Lithium-Ionen-Batterie erlaubt das 48-V-Bordnetz bei laufendem Motor Leistungen bis zu 16 kW und erweitert damit die Einsatzmöglichkeiten elektrischer Verbraucher deutlich, ohne die zusätzlichen Maßnahmen eines Hochvolt-Bordnetzes zu erfordern.

Das 48-V-Bordnetz ersetzt dabei nicht das bisherige 12-V-Bordnetz, sondern stellt eine Erweiterung zu diesem dar.

Gleichzeitig ist die Spannung viermal so groß wie beim 12-V-Bordnetz, was bei gleichen Stromstärken zu einer viermal so großen verfügbaren Leistung führt.

Daher bleibt das 12-V-Bordnetz nahezu unverändert bestehen. Es wird lediglich nicht mehr durch einen 12-V-Generator, sondern durch einen DC/DC-Wandler 48 V/12 V versorgt.

Da an das 12-V-Bordnetz hohe Anforderungen bezüglich Ausfallsicherheit bestehen, wird auch weiterhin eine 12-V-Batterie eingesetzt, die aber teilweise kleiner ausfallen kann als bisher.

Über den DC/DC-Wandler wird das 12-V-Bordnetz versorgt, sodass an den 12-V-Verbrauchern keine Änderungen aufgrund des 48-V-Bordnetzes vorgenommen werden mussten. Sie unterscheiden sich nicht von den 12-V-Verbrauchern in Fahrzeugen ohne 48-V-Bordnetz.

Der DC/DC-Wandler kann auch den Energietransfer in die andere Richtung, also von 12 V nach 48 V, ermöglichen, was z. B. das Nachladen der 48-V-Batterie mit einem vorgesehenen 12-V-Ladegerät oder einem Spenderfahrzeug möglich macht.

In Standphasen ist das 48-V-Bordnetz abgeschaltet. Sobald der Fahrer die Zündung des Fahrzeugs aktiviert, wird auch das 48-V-Bordnetz aktiviert.

Der Motorstart wird durch den integrierten Startergenerator (ISG) oder den riemengetriebenen Startergenerator (RSG) durchgeführt.

Nachdem die Fahrt beendet und der Motor abgestellt wurde, benötigen einige Funktionen noch einen Nachlauf des 48-V-Bordnetzes. Sobald diese Nachläufe beendet sind, wird das 48-V-Bordnetz abgeschaltet.

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Einführung 48-V-Bordnetzes in Typ 222 mit Motor 256

Das 48-V-Bordnetz wird mit dem neuen Sechszylinder-Ottomotor in der Modellpflege von Typ 222 erstmals zum Einsatz kommen.

Schon zu Beginn der Entwicklung dieses Motors wurde das 48-V-Bordnetz berücksichtigt. So war es möglich, den Riementrieb entfallen zu lassen, da alle vorher mechanisch durch den Riemen angetriebenen Verbraucher mithilfe des 48-V-Bordnetzes elektrifiziert werden konnten.

Der 12-V-Generator sowie der 12-V-Starter werden dabei durch einen zwischen Verbrennungsmotor und Getriebe positionierten integrierten Startergenerator (ISG) ersetzt. Dieser bietet neben der Generatorfunktion die Möglichkeit, mithilfe der Energie aus der 48-V-Bordnetzbatterie Drehmoment zu erzeugen und den Verbrennungsmotor zu unterstützen.

Die hohen Leistungen des ISG und der 48-V-Bordnetzbatterie ermöglichen einen kaum noch wahrnehmbaren Motorstart und ermöglichen den Einsatz:

 Eines elektrischen Zusatzkompressors

 Einer 48-V-Kühlmittelpumpe

 Eines elektrischen Kältemittelkompressors

 Einer heizbaren Frontscheibe

So führt das Zusammenspiel von Verbrennungsmotor und 48-V-Bordnetz neben der Reduktion des Kraftstoffverbrauchs zu einer nochmals besseren Agilität des Fahrzeugs, ermöglicht eine leistungsstarke Kühlung des Verbrennungsmotors und bietet außerdem zusätzlichen Insassenkomfort, z. B. durch die Aufrechterhaltung der Klimatisierung bei stehendem Motor.

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Einführung 48-V-Bordnetzes in Typ 238 mit Motor 264

Eine weitere Anwendung des 48-V-Bordnetzes wird im Typ 238 in Serie gehen. Der neue Vierzylinder-Ottomotor M264 wird anstelle des 12-V-Generators und des Starters einen riemengetriebenen Startergenerator (RSG) einsetzen. Dieser bietet neben der Generatorfunktion ebenfalls die Möglichkeit, mithilfe der Energie aus der 48-V-Bordnetzbatterie Drehmoment zu erzeugen und den Verbrennungsmotor zu unterstützen.

Durch dieses elektrische Zusatzdrehmoment kann der Antriebsstrang auch mit verkleinertem Hubraum bereits bei geringen Drehzahlen ein hohes Drehmoment erzeugen.

Auch beim Motor M264 führt das Zusammenspiel von Verbrennungsmotor und 48-V-Bordnetz neben der Reduktion des Kraftstoffverbrauchs zu einer spürbar besseren Agilität des Fahrzeugs und einem deutlich schnelleren und komfortableren Motorstart.

Das 48-V-Bordnetz ermöglicht dem Motor M264 außerdem eine sehr hohe Leistungsdichte, da zur Kühlung eine 48-V-Kühlmittelpumpe mit ca. 950 W Leistung zum Einsatz kommen kann.

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Weitere Entwicklung des 48-V-Bordnetzes

Das 48-V-Bordnetz wird in zukünftigen Mercedes-Benz Modellen für eine moderne und effiziente elektrische Energieversorgung sorgen und damit einen wichtigen Stellhebel zur Reduzierung des Verbrauchs von Mercedes-Benz Fahrzeugen darstellen. Gleichzeitig werden neue kundenerlebbare Funktionen ermöglicht.

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