DC/DC-Wandler, 48VBordnetzbatterie (48VPowerpack) (dargestellt beim Typ 238) |
N83/1 | Steuergerät DC/DC-Wandler |
G1/3 | 48-V-Bordnetzbatterie |
P54.10-4438-04
Das 48-V-Powerpack besteht aus:
DC/DC-Wandler
48-V-Lithium-Ionen-Batterie
DC/DC-Wandler:
48-V-Bordnetzmanagement
Buck-Modus (48 V 12 V) mit ca. 3500 W Leistung für 15 min
Buck-Modus (48 V 12 V) mit ca. 3000 W Leistung
Boost-Modus (12 V 48 V) mit ca. 1000 W Leistung
Kl. 30c Auswertung (Sicherheitskonzept bei Crash)
Gewicht ca. 2,5 kg
Das 48-V-Bordnetz steht über den DC/DC-Wandler in Verbindung mit dem 12-V-Bordnetz. Der DC/DC-Wandler ermöglicht den Energieaustausch zwischen den beiden Spannungsebenen.
Während der Fahrt versorgt der DC/DC-Wandler das 12-V-Bordnetz durch die im 48-V-Bordnetz bereitgestellte Energie (Buck-Modus). Im 12-V-Bordnetz wird somit der herkömmliche 12-V-Generator durch den DC/DC-Wandler ersetzt. Dieser Modus wird auch eingesetzt, um in Standphasen Energie aus der 48-V-Bordnetzbatterie dem 12-V-Bordnetz zur Verfügung zu stellen.
Das Steuergerät DC/DC-Wandler (N83/1) ist das Mastersteuergerät für das Energiemanagement im 48-V-Bordnetz. Es liest die Daten der 48-V-Bordnetzbatterie über den 48-V-Bordnetz-LIN (LIN B22) ein und stellt sie dem 48-V-Bordnetzmanagement zur Verfügung. Oder es leitet die Daten über die Bus-Systeme an weitere Steuergeräte.
Um das 12-V-Bordnetz situationsgerecht zu versorgen, stellt das 48-V-Bordnetzmanagement den Modus, die Spannungen und Ströme des DC/DC-Wandlers nach Vorgabe des 12-V-Bordnetzmanagements und nach den Bedingungen im 48-V-Bordnetz sowie im Fahrzeug ein.
Heizung und Kühlung des 48-V-Powerpacks
Die Leistungsfähigkeit der 48-V-Bordnetzbatterie ist stark abhängig von der Batterietemperatur.
Trotzdem kann die 48-V-Bordnetzbatterie in einem weiten Außentemperaturbereich genutzt werden, da das 48-V-Powerpack über einen Wasserkühlung mit einem zusätzlichen Kühl- und Heizelement verfügt.
Damit das 48-V-Bordnetz möglichst schnell eine gute Performance erreicht, wird die 48-V-Bordnetzbatterie bei niedrigen Temperaturen während der Fahrt mit dem Kühl- und Heizelement geheizt, bis eine ausreichend hohe Temperatur erreicht wird. Um ein zügiges Aufheizen zu erreichen, fließt in dieser Phase kein Wasser durch das 48-V-Powerpack.
Um die 48-V-Bordnetzbatterie und den DC/DC-Wandler auch bei hohen Außentemperaturen nicht zu überhitzen, wird das 48-V-Powerpack mit Wasser gekühlt. Der Volumenstrom wird dabei durch das Thermomanagement des Fahrzeugs je nach Temperatur angepasst.
Sollte sich die 48-V-Bordnetzbatterie dennoch weiter aufheizen, wird zusätzlich die Peltierkühlung schrittweise zugeschaltet, um die entstehende Wärme über das Wasser besser abführen zu können.
48-V-Powerpack |
1 | Elektronikanschluss DC/DC-Wandler |
2 | Elektronikanschluss Batterie |
3 | 48-V-Anschluss (Kl. 40) |
4 | Masseanschluss (Kl. 41) |
5 | Entgasungsanschluss |
6 | Kühlmittelanschluss (Rücklauf) |
7 | Kühlmittelanschluss (Vorlauf) |
8 | Wärmeleitpaste |
9 | 12-V-Anschluss DC/DC-Wandler (Kl. 30) |
10 | Masseanschluss DC/DC-Wandler (Kl. 31) |
11 | Interner Anschluss DC/DC-Wandler/48-V-Bordnetzbatterie |
G1/3 | 48-V-Bordnetzbatterie |
N83/1 | Steuergerät DC/DC-Wandler |
P54.10-4623-12
48-V-Bordnetzbatterie
Besteht aus 12 Lithium-Ionen-Zellen.
Kapazität 20 Ah
Energieinhalt ca. 1 kWh
Spannung einer Zelle 3,68 V (bei 50 % SOC)
Batteriemanagementsystem (BMS)
Kl. 30c Auswertung (Sicherheitskonzept bei Crash)
Gewicht: ca. 12,6 kg
Funktionen der 48-V-Bordnetzbatterie
Energieaufnahme und Energieabgabe
Überwachung und Bereitstellung von Messgrößen für Spannungen, Batteriestrom und Batterietemperaturen
Bereitstellung von Kühlmitteltemperatur im Batterie-Kühlkreislauf
Erfüllung der Batteriesicherheit
Versorgung des 12-V-Bordnetzes und des DC/DC-Wandlers nach erkanntem Crash ("Post-Crash-Versorgung")
Ladungsausgleich der einzelnen Zellen
Die 48-V-Bordnetzbatterie ist für den Einsatz im 48-V-Bordnetz entwickelt. Durch den bereitgestellten Energieinhalt sind neben den Bordnetzfunktionen (z. B. Nachladen) die Antriebsstrangfunktionalitäten und Komfortfunktionen (Heizen und Kühlen) im Fahrzeug möglich.
Die Batterie besteht aus einem Batteriemanagementsystem (BMS), den Zellen, einer Kühlplatte sowie diverser Aufbau- und Verbindungstechnik. Die Batterie kommuniziert mittels eines LIN-Netzwerks zum DC/DC-Wandler, der die Batteriesignale verarbeitet oder weiterleitet und dem Fahrzeug zur Verfügung stellt.
Energieaufnahme und Energieabgabe im 48-V-Bordnetz
Die 48-V-Bordnetzbatterie ist im Ruhezustand des Fahrzeugs vom 48-V-Bordnetz abgetrennt.
Über die Ansteuerung vom 48-V-Bordnetzmanagement bzw. dem Zündungsstatus werden die Schalter zur Versorgung des 48-V-Bordnetzes geschlossen und wieder geöffnet.
Um eine dauerhafte Funktion der Schalter zu gewährleisten und die 48VKomponenten nicht zu stark zu belasten, wird der Einschaltstrom beim Schließen der Schalter durch eine Vorladeeinrichtung reduziert.
Die 48-V-Bordnetzbatterie liefert im 48-V-Bordnetz die Energie, um den Verbrennungsmotor zu starten.
Darüber hinaus ermöglicht sie es aufgrund ihrer hohen Stromtragefähigkeit, elektrische Energie vom integrierten Startergenerator (ISG) oder riemengetriebenen Startergenerator (RSG) in Rekuperationsphasen zu speichern. Diese kann sie anschließend dem ISG oder RSG zur Unterstützung des Verbrennungsmotors wieder bereitstellen.
Dadurch liefert die 48-V-Bordnetzbatterie einen Beitrag zur Kraftstoffeinsparung und zu Komfortfunktionen für den Fahrer.
Überwachung und Bereitstellung von Messgrößen für Spannungen, Batteriestrom und Batterietemperaturen
Die 48-V-Bordnetzbatterie besitzt eine eigene Sensorik, um alle relevanten internen Größen zu erfassen. Die Messgrößen werden intern verarbeitet. Zusätzlich werden sie über den 48-V-Bordnetz-LIN dem 48VBordnetzmanagement und der Triebstrangregelung zur Verfügung gestellt.
Die Batterie erfasst neben den einzelnen Zellspannungen auch die Gesamtspannung des Zellpakets und die Spannungen an den Klemmen zum 48-V-Bordnetz und zum DC/DC-Wandler.
Die 48-V-Bordnetzbatterie misst den Strom in und aus dem Zellpaket. Neben Spannung und Strom wird die Temperatur der Batteriezellen an verschiedenen Stellen gemessen.
Bereitstellung von Kühlmitteltemperatur im Batterie-Kühlkreislauf
Die Temperatur des Kühlmittel wird in der Kühlplatte gemessen und ebenfalls über den Kommunikations-Bus dem Thermomanagement des Fahrzeugs zur Verfügung gestellt. Das Thermomanagement regelt die Kühlung der Batterie und des DC/DC-Wandlers.
Um auch bei hohen Wassertemperaturen die Batterie kühlen zu können, ist im Kühlkörper der 48-V-Bordnetzbatterie ein Kühl- und Heizelement integriert. Die Ansteuerung des Kühl- und Heizelements erfolgt durch das Energiemanagement.
Erfüllung der Batteriesicherheit
Die Erfüllung der Sicherheit von Lithium-Ionen-Batterien unterliegt strengen Regularien, Normen und Vorschriften. Die 48-V-Bordnetzbatterie hat ein mehrstufiges Sicherheitskonzept bestehend aus konstruktiven und funktionalen Maßnahmen, angefangen bei der Zelle über das BMS bis hin zum Gehäuse-Design.
Aufgrund der internen Messgrößen überwacht das BMS den Zustand der Batterie. Die implementierten Sicherheitsfunktionen gewährleisten damit den sicheren Betrieb der Batterie im Rahmen ihres Betriebsfensters. Ebenso sind konstruktive Maßnahmen in die Auslegung der 48-V-Bordnetzbatterie eingeflossen.
Ladungsausgleich der einzelnen Zellen
Die 48-V-Bordnetzbatterie besitzt eine "Balancing-Einrichtung", welche es ermöglicht, die einzelnen Zellen auf einem einheitlichen Ladezustand zu halten. Diese ist erforderlich, um die optimale Performance der 48-V-Bordnetzbatterie bezüglich Leistung und Energie zu erhalten.
Zusätzlich verlängert diese "Balancing-Einrichtung" die Lebensdauer der Batterie, da vermieden wird, dass einzelne Zellen vorzeitig altern.
Sicherungsdose 48-V-Bordnetz Motorraum (F153/2) |
P54.15-3930-82
Sicherungsdose 48-V-Bordnetz Motorraum
Die Sicherungsdose 48-V-Bordnetz Motorraum verteilt den Strom des 48-V-Powerpacks auf verschiedene Verbraucher.
Bei einem Defekt muss die ganze Komponente ausgetauscht werden. Das Ersetzen der einzelnen Sicherung bzw. das Öffnen der Sicherungsdose 48-V-Bordnetz Motorraum ist nicht zulässig.
Bei der Leitung vom 48-V-Powerpack zum ISG oder RSG über die Sicherungsdose 48-V-Bordnetz Motorraum ist eine Stromschiene verbaut. Hier ist in der Sicherungsdose 48-V-Bordnetz Motorraum keine Sicherung verbaut, diese Komponenten werden über das 48-V-Powerpack überwacht und abgesichert.
Weitere Anschlüsse an der Komponente sind mit den jeweiligen Sicherungen versehen. Das Ersetzen dieser Sicherungen ist ebenfalls nicht zulässig.
Die Komponente muss bei jeglichem Defekt komplett ausgetauscht werden. Eine Reparatur darf nur durch dafür geschultes Personal, z. B. Mercedes-Benz Fachpersonal, erfolgen.
Dargestellt beim Typ 238 |
F63 | Pyrosicherung |
P91.60-4856-04
Pyrosicherung (Typ 238)
Um nach einem Unfall eine mögliche Brandgefahr zu vermeiden, löst das Steuergerät Supplemental Restraint System (N2/10) die Pyrosicherung aus. Durch das Auslösen der Pyrosicherung wird die Steuerklemmenleitung (Klemme 30c) unterbrochen. Durch diesen Spannungsabfall an den 48-V-Komponenten wird die Abschaltung des 48-V-Bordnetzes erwirkt.