Das 48-Volt-Bordnetz für Autos kommt : Die Spannung steigt

Seit über 40 Jahren ist im Bordnetz von Autos zwölf 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.

Fabian Hoberg
Durch den Wechsel auf 48 Volt können auch Technologien eingesetzt werden, die den Kraftstoffverbrauch senken. Start-Stopp-Automatik, verbesserte Anlasser oder Turbolader mit Stromerzeugern sind da nur drei Beispiele.
Durch den Wechsel auf 48 Volt können auch Technologien eingesetzt werden, die den Kraftstoffverbrauch senken....Foto: dpa

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 schön warm. Kaum ein Auto kommt heute ohne Stellmotoren und Steuerungssysteme aus. Was für Komfort und Zufriedenheit bei den Passagieren sorgt, bereitet
Elektroingenieuren verstärkt Kopfzerbrechen. Denn moderne Autos verbrauchen immer mehr Strom - das 12-Volt-Bordnetz stößt damit an seine Grenzen. In Zukunft könnten sich 48 Volt als neuer Standard durchsetzen.

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

Mechanisches von einst, summt heute elektrisch

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

Gerade Fahrzeuge mit Mild-Hybrid-Antrieb und vielen elektrischen Verbrauchern können von der höheren Spannung profitieren.
Gerade Fahrzeuge mit Mild-Hybrid-Antrieb und vielen elektrischen Verbrauchern können von der höheren Spannung profitieren.Foto: dpa

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."

Für 48 Volt zweite Batterie vonnöten

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 zusätzliche Baugruppen wie ein DC/DC-Wandler nötig, der die Spannung transformiert, außerdem eine zweite Batterie.

Ein Testfahrzeug mit 48 Volt Bordspannung. Mit einem vollständigen Wechsel auf die höhere Voltzahl ist in den nächsten Jahren noch nicht zu rechnen.
Ein Testfahrzeug mit 48 Volt Bordspannung. Mit einem vollständigen Wechsel auf die höhere Voltzahl ist in den nächsten Jahren noch...Foto: dpa

"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.

48-Volt-Netz oft heute schon an Bord

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 sogenannten 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.

Klimaanlagen und andere Elektroniksysteme benötigen viel Energie. Bordnetze mit zwölf Volt Spannung geraten hier allmählich an ihre Grenzen.
Klimaanlagen und andere Elektroniksysteme benötigen viel Energie. Bordnetze mit zwölf Volt Spannung geraten hier allmählich an...Foto: dpa

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.

Neues Spannungsniveau derzeit ein Hauptthema in der Autoindustrie

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 der Division Powertrain von 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.

Einen kompletten Wechsel von 12 auf 48 Volt für das gesamte Bordnetz sieht auch Hochschullehrer Matthias Richter derzeit nicht. "Dafür müsste man alle Elektromotoren und alle Elektroniksysteme wie Airbagsteuerung oder Motorsteuerung ändern. Das ist derzeit nicht machbar, und das Risiko ist auch zu hoch", sagt er. Aber vielleicht finde der Wechsel zu einer höheren Bordspannung ja sukzessive in zwanzig Jahren statt.

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