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Layher: »Die Spannung steigt« für das 48-Volt-Bordnetz

Gerade die vielen Applikationen in einem modernen Fahrzeug, die für mehr Sicherheit, Komfort und bessere Abgaswerte sorgen, haben dazu geführt, dass das klassische 12-V-Bordnetz an seine Grenzen stößt. Mit 48-V-Lösungen seiner Leistungsrelais-Serie 200 (monostabil) und 400 (bistabil) will das Unternehmen Layher aus Kirchberg an der Murr (Baden-Württemberg) die Hindernisse auf dem Weg zum 48-V-Netz überwinden helfen.

Obgleich dem elektromechanischen Relais bereits vor über zwei Jahrzehnten das Aus prophezeit wurde, stieg der Relaisbedarf im Fahrzeug stetig weiter. Layher verweist auf eine Pannenstatistik des ADAC, laut der etwa ein Drittel aller Panneneinsätze durch Fahrzeuge mit leerer Batterie zu verzeichnen seien. Der Hauptgrund werde in der mangelnden Konzeption des elektrischen Fahrzeug-Managements gesehen. Layher deutet das als Indiz dafür, dass die Leistungsgrenze des Bordnetzes erreicht ist.

Vor einiger Zeit haben sich Fahrzeughersteller darauf verständigt, ein 48-V-Bordnetz bei neuen Fahrzeuggenerationen einzuführen. Mit der Vervierfachung des Leistungsangebots können so neue Funktionen im Fahrzeug integriert und gleichzeitig eine Energieeffizienzsteigerung im elektrischen Bordnetz und im Motorstartsystem erreicht werden. Unterstützend kommt hinzu, dass durch die technologischen Weiterentwicklungen im letzten Jahrzehnt von der klassischen Bleibatterie hin zur Blei-Gel-Batterie, als auch auf dem Gebiet der Lithium-Ionen-Akkus eine Steigerung der Energiedichte im Fahrzeug möglich ist. Diese ermöglichen einen viel höheren Energiedurchsatz als Bleibatterien.

Das unterstützt damit die stärkere Rekuperation des Antriebes, was ein wirksames Mittel zur Energieeinsparung durch Rückgewinnung ist. Falls die 48-V-Batterie etwas größer dimensioniert wird, kann auch ein milder Hybridantrieb realisiert werden. Verglichen mit einem Vollhybrid, der üblicherweise mit 400 V arbeitet, gelte, so Layher, ein 48-V-System als kostengünstiger, weil man sich innerhalb der Niederspannungsrichtlinie bewege und daher die Anforderungen an Isolations- und Sicherheitsanforderungen entsprechend gering ausfallen könnten.

Derzeitige »Hochstromverbraucher«, die künftig mit höherer Spannung betrieben werden können, beanspruchen dann kleinere Bauräume und Massen sowie geringere Ströme. Die einhergehende Querschnittsreduzierung der Kabel bringt eine weitere Gewichtseinsparung mit sich. Aus diesen Gründen gelte, so Layher, ein 48-V-Hybrid als guter Kompromiss zwischen Effizienzsteigerung und Kosten und daher als ein interessanter Schritt in Richtung Elektromobilität.

Nachteile im 48-V-Bordnetz

Die 48-V-Technik stellt hohe Anforderungen an die Automotive-Elektronik, so sind beispielsweise viele bisher verwendete 12-V-Relais zum Schalten der Batterieversorgung für die neue Architektur nicht geeignet. Im Gegensatz zum 12- bis 24-V-Bereich gelten, wie Layher weiter informiert, bei einem 48-V-Bordnetz Schaltlichtbögen als Problem.


Im 12-V-Netz können sie leicht unterdrückt werden, bei einer Niederspannung von 48 V bis 60 V sei dies jedoch wesentlich schwieriger. Wegen des hohen elektrischen Potenzials könnte ein Störlichtbogen nicht selbstständig erlöschen, was zu Schäden im Relais oder Fahrzeug führen könnte. Trennelemente aus dem Hochvoltbereich stellten hingegen keine wirtschaftliche Lösung dar.

Mit der 48-V-Variante seiner Leistungsrelais-Serie 200 (monostabil) und der Leistungsrelais-Serie 400 (bistabil) will Layher hier für Abhilfe sorgen. Die Relaisvarianten kommen ohne leicht flüchtige Gasfüllung aus. Stattdessen sorgen Blasmagnete, bestimmte Kontaktabstände und eine schnelle Schaltdynamik dafür, dass der Lichtbogen erlischt. Die Konstruktion ist so ausgelegt, dass auf die Stromflussrichtung nicht geachtet werden muss, und somit auch für Anwendungen geeignet, die eine wechselseitige Stromflussrichtung erfordern. Beim Antriebssystem des Relais kann zwischen einer mono- und einer bistabilen Lösung gewählt werden. Bei bistabilen Relais gibt es im Gegensatz zu monostabilen Relais zwei feste Kontaktstellungen, geschlossen oder geöffnet. Dabei ist das Energieeinsparpotenzial nach Herstelleraussagen besonders hoch, da im Gegensatz zur monostabilen Lösung lediglich für das Ändern der Kontaktstellung ein kurzer Impuls benötigt werde und somit keine nennenswerte Verlustleistung durch die Spule entstehe.     §

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