Zum Inhalt springen

Bordnetz

Links hinzufügen
aus Wikipedia, der freien Enzyklopädie

Als Bordnetz wird die Gesamtheit aller elektrischen Komponenten in Fahrzeugen, wie Automobilen, Flugzeugen, Schiffen und bei der Eisenbahn bezeichnet. Der Begriff Bordnetz wird allgemein bei fast allen Fahrzeugen genutzt. Das Bordnetz ist für die Stromversorgung (Energiebordnetz) und den Informationsfluss zwischen Komponenten und Steuergeräten (Kommunikationsbordnetz) zuständig.

Der Begriff Bordnetzspannung wird synonym für die elektrische Spannung bzw. die Nennspannung an Bord von Fahrzeugen verwendet.

Zu den elektrischen Komponenten eines Bordnetzes zählen u. a.:

Übliche Spannungen

[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

In der nachfolgenden Tabelle sind Nennspannungen von unterschiedlichen Bordnetzen angegeben. Wird eine Batterie über das Bordnetz geladen, liegt die tatsächliche Spannung über der Nennspannung, z. B. bis zu 14,4 V beim Pkw-Bordnetz mit 12-V-Batterie. Die Einspeisungen erfolgen typischerweise mittels Akkumulatoren und Generatoren, welche von den jeweiligen Anwendung abhängen:

Dieser Artikel oder nachfolgende Abschnitt ist nicht hinreichend mit Belegen (beispielsweise Einzelnachweisen) ausgestattet. Angaben ohne ausreichenden Beleg könnten demnächst entfernt werden. Bitte hilf Wikipedia, indem du die Angaben recherchierst und gute Belege einfügst.
Anwendung Nennspannung [V] Gleich- (DC) oder
Wechselspannung (AC)
USB-Lade-/Versorgungsspannung auf E-Bike, im Kfz, in Bahn und Fernbus 5 DC
USB-Lade-/Versorgungsspannung Typ USB-PD (Power Delivery) 5, 9, 12, 15, 20 (zwischen den Geräten verhandelt)[1] DC
USB-Lade-/Versorgungsspannung Typ PPS (Programmable Power Supply (USB-PD Version 3.0)) 5–20 (zwischen den Geräten verhandelt)[2] DC
Fahrrad mit Speisung der Beleuchtung aus einem Dynamo 6 AC
Elektrofahrrad, Antriebsakku 24 (alt), 36, 48 V Nennspannung[3] DC
Hover-, Balanceboards 36[4], 53,4[5], 73,6[6] DC
Historische Pkw und Motorräder (Baujahr bis 1970er) 6 DC
Personenkraftwagen (Pkw), kleine Boote, moderne Motorräder 12 DC
Lastkraftwagen (Lkw) und Busse 24 (USA oft 12) DC
Flugzeuge 28 DC
Gabelstapler 12[7], 24, 48, 80 DC
In den 1990ern konzipiert für Pkw, Lkw und Busse 42 DC
Als zweites Bordnetz für Pkw, insbes. Hybridkraftfahrzeuge[8][9][10] 48 DC
TWIKE, Leicht-E-Fahrzeug 336[11] DC
Hochvolt-Bordnetz für Elektrofahrzeuge bis ca. 2019 380–420 DC
Schienenfahrzeuge
(Akkuspannung) 		110 DC
Internationale Raumstation (ISS) 124, 28 DC
Größere Flugzeuge 115/200 AC (Dreiphasen),
400 Hz
Sportboote (Motorboote, Segelschiffe) 12 oder 24 DC
Schiffe 400, 440 oder 690 AC (Dreiphasen),
50 oder 60 Hz
Raumfahrt – Apollo-13-Versorgungsmodul (1970) 28 DC
Raumfahrt – Apollo-13-Startrampe 65 DC

Größere Schiffe mit Bordnetzleistungen von über rund 5 MVA weisen eine zusätzliche Mittelspannungsebene von 6,6 kV bis 11 kV auf.

48-Volt-Bordnetz im Automobil

[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Mit dem 12-V-Bordnetz kann der Stromverbrauch, den moderne Kraftfahrzeuge für ihre Komfortsysteme benötigen, kaum mehr gedeckt werden. Die „statischen“ Verbraucher lasten die Lichtmaschine, die bis zu 3 kW Leistung aufbringt, insbesondere bei niedrigen Temperaturen komplett aus.[12] Für zusätzliche dynamische Verbraucher, wie zum Beispiel leistungsstarke elektrisch angetriebene Verdichter, reicht die Batterieleistung nicht aus.[13]

Daher wurde Ende der 1990er-Jahre der Vorschlag gemacht, ein 14-V/42-V-Bordnetz in Kraftfahrzeuge einzubauen.[14] Ab 2001 wurden von japanischen Herstellern und von General Motors Hybrid-Fahrzeuge mit diesem Bordnetz auf den Markt gebracht.[15] Obwohl Daimler-Chrysler zu den Mitinitiatoren dieses Konzeptes zählte, wurde es in Deutschland nicht eingesetzt. Als ein Grund galt, dass es nicht möglich erschien, für den notwendigen Mehrpreis gegenüber den Kunden einen dementsprechenden Nutzwert darzulegen.[14]

Stattdessen wurde von deutschen Automobilherstellern seit 2010 die Lösung favorisiert, ein zweites Teilbordnetz mit einer Spannung von 48 V vorzusehen, welches das 12-V-Netz ergänzt.[9] Erste Serienanwendungen von 48V-Bordnetzkomponenten sind seit 2016 der Betrieb des elektrischen Verdichters und die elektromechanische Wankstabilisierung im Audi SQ7 4.0 TDI sowie Bentley Bentayga. Beide basieren auf der gleichen Plattform.

Tesla entwickelte für den Cybertruck (2023) ein 48-V-Bordnetz, unter anderem um die Stellmotoren des Drive-by-Wire-Systems effektiv zu betreiben und veröffentlichte die Spezifikation.[16]

Hochvolt-Bordnetz im Automobil

[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Bei Elektroautos spätestens ab dem Tesla Roadster (2008) begann man die Lithium-Ionen-Akkumulator-Antriebsbatterien durch Reihenschaltung von 90 bis 100 Zellen mit Gesamtnennspannungen in der Größenordnung von 360 Volt auszulegen, mit Ladeschlussspannungen um 400 V, was ungefähr dem dreiphasigen 400 Volt Drehstrom entspricht, wofür es viele Komponenten und Erfahrungen gibt. Mit solchen Hochvolt-Gleichspannungs-Bordnetzen der Größenklasse 400 Volt fließen innerhalb von leistungsstarken E-Autos, etwa Tesla Model S P85D von 2015, bei Leistungen um 500 Kilowatt weit über 1200 Ampere vom Akku zur Motorelektronik. Auch Klimakompressor, Heizung, Servolenkung werden meist mit HV betrieben, teils mit mehreren Kilowatt, die ein 12V-System nicht sinnvoll übertragen kann.

Die zugehörigen Schnellladenetz-Ladestationen waren in allen relevanten Gleichstrom-Systemen, CHAdeMO, Tesla Supercharger, Combined Charging System (CCS Version 1.0) zunächst auf eine Obergrenze von 500 Volt ausgelegt. Mit ungekühlten Kabeln und 200 Ampere Strom konnte damit ein 500V-Akku theoretisch mit bis zu 100 kW geladen werden, sofern dieser gerade 500 Volt Spannung hat und dennoch die volle Stromstärke aufnehmen kann. Real wurden bei 400 Volt mit kleinen Akkus wie im BMW i3 nur 40 kW abgerufen, bei Tesla mit größeren Akkus und kurzzeitig höheren Strömen auch um die 120 kW.

Bereits 2016 hat die CCS Version 2.0 die erlaubten Ströme in wassergekühlten Ladekabeln auf 500A erhöht, und das obere Ende des Spannungsbereiches auf 1000V erweitert. Die Nennleistungen dieser High Power Charger (HPC) reichen bis 500 kW, verbreitet sind inzwischen 300 oder 350 kW.

Fahrzeuge dafür gab es zu der Zeit noch nicht, erst mit Porsche Taycan-Prototypen und den Serienfahrzeugen ab 2019 kamen Akkus mit deutlich höheren Spannungen in den Markt, man spricht der Einfachheit halber von der doppelten Größenordnung 800 Volt. Hier fließt bei gleichen Leistungen die halbe Stromstärke, bei 500 Kilowatt „nur“ 600 Ampere vom Akku zur Motorelektronik. Schnellladen konnte der Taycan mit zunächst bis zu 270 kW, später über 300 kW, allerdings nur bei Ladeständen unter 50 % SOC, etwa 700V und 400A und 280kW. Auch die Modelle der Fahrzeug-Plattformen Hyundai GMP liegen deutlich über 500 Volt und werden mit 800 Volt bezeichnet, ebenso der Lucid Air mit über 900V.

Eine Herausforderung für 800V-Fahrzeuge ist es, an älteren Ladestationen mit max. 500V zu laden, zumal das Tesla Supercharger Netz sich auch im Jahr 2025 noch darauf beschränkt und in den USA weitgehend konkurrenzlos verbreitet und verfügbar ist. Einige Fahrzeuge haben dafür Aufwärtswandler eingebaut, andere schalten den Akkus in zwei Hälften, manche verzichten bewusst auf diese Rückwärtskompatibilität.

Literatur

[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]
  • Konrad Reif (Hrsg.): Bosch-Autoelektrik und -Autoelektronik: Bordnetze, Sensoren und elektronische Systeme. 6. vollständig überarbeitete und erweiterte Auflage. Vieweg-Teubner, Wiesbaden 2011, ISBN 978-3-8348-1274-2.
  • Klaus Heuck, Klaus-Dieter Dettmann und Detlef Schulz: Elektrische Energieversorgung: Erzeugung, Übertragung und Verteilung elektrischer Energie für Studium und Praxis. 8. Auflage. Vieweg-Teubner, Wiesbaden 2007, ISBN 978-3-8348-0736-6, Kapitel Aufbau und Funktion von Bordnetzen.
[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Einzelnachweise

[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]
  1. ↑ USB-PD – USB Power Delivery elektronik-kompendium.de, abgerufen am 22. Dezember 2019.
  2. ↑ USB-PD – USB Power Delivery elektronik-kompendium.de, abgerufen am 22. Dezember 2019.
  3. ↑ Spannung von Akku pedelecforum.de, Beiträge 13.–14. Juli 2013, abgerufen am 22. Dezember 2019.
  4. ↑ Akku passend für Hoverboard 36 Volt Gyropode Hoverboards, Viron, Razor, Caterpillar, 4400mAh, 10S2P/22P-SL088 …
  5. ↑ Zubehör und Ersatzteile für Ninebot Mini Pro 320 und 260 / Street ninebot-shop.at, abgerufen am 22. Dezember 2019.
  6. ↑ Segway PT Akku ptpro.de, abgerufen am 22. Dezember 2019.
  7. ↑ Still: Datenblatt Stapler. (PDF) In: Stihl Webseite. Ehemals im Original (nicht mehr online verfügbar); abgerufen am 7. Mai 2018.@1@2Vorlage:Toter Link/data.still.de (Seite nicht mehr abrufbar. Suche in Webarchiven)
  8. ↑ Deutsche Autohersteller setzen mit „Ludwigsburger Erklärung“ Standards (Memento vom 24. April 2012 im Internet Archive) Hüthig GmbH-Internetportal, 15. Juli 2011.
  9. ↑ a b Alfred Vollmer: Deutsche OEMs setzen Standards. 48-V-Bordnetz, Teilnetzbetrieb und Ladeschnittstelle. In: All-Electronics.de. Hüthig GmbH Fachportal, 14. Juni 2011, abgerufen am 21. Dezember 2015.
  10. ↑ Autos unter Hochspannung: Hersteller bereiten das dritte Bordnetz vor Handelsblatt online, Rubrik "Auto", 13. September 2012.
  11. ↑ Der Akku twike-center-ruhrgebiet.de, abgerufen am 22. Dezember 2019.
  12. ↑ Noch mehr Kraft und Effizienz – die neue 48-Volt-Technologie von Audi Audi Media Center, 25. August 2014.
  13. ↑ Elektrischer Biturbo
  14. ↑ a b Henning M. Hauenstein: Evolution der Bordnetzarchitektur durch 48-V-Versorgungsbus. In: elektroniknet.de. WEKA Fachmedien GmbH, 9. Juli 2013, abgerufen am 21. Dezember 2015.
  15. ↑ Tatsuo Teratani, Toyota Motor Corporation: Future Vehicles and Trend with Automotive Power Electronics and Hybrid Technology. (PDF; 3,81 MB) In: vde.com. VDE-Kongress 2006, 24. Oktober 2006, archiviert vom Original am 27. Dezember 2015; abgerufen am 7. Oktober 2022 (Auf Folie 22 von 30 finden sich Fahrzeuge mit 42 V Bordnetz, die zwischen 2001 und 2004 in Produktion gingen.).
  16. ↑ Daniel Zlatev: Tesla open-sources the Cybertruck's 48V architecture for all carmakers to speed up adoption. Notebookcheck, 7. Dezember 2023; (englisch).
Abgerufen von „https://de.wikipedia.org/w/index.php?title=Bordnetz&oldid=260162798“