Technik: Das 48-Volt-Bordnetz für Autos kommt - Die (Bord-)Spannung steigt

Zwickau/Wolfsburg - 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 und das 12-Volt-Bordnetz stößt an seine Grenzen. In Zukunft könnten sich 48 Volt als neuer Standard durchsetzen.

Der VW-Käfer wechselte 1967 erstmals von 6 auf die heutige Bordspannung von 12 Volt Quelle: picture alliance / dpa

Der Käfer hob die Spannung von 6 auf 12 Volt

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. 2 Volt pro Batteriezelle und sechs Zellen etablierten sich, stießen aber bei manchen Luxusfahrzeugen mit vielen 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.

Höhere Spannung bietet Vorteile

Dabei bietet eine höhere Bordspannung Vorteile. Viele einst mechanische Funktionen werden heute elektrisch ausgeführt. Dadurch sind laut VDA die 12-Volt-Bordnetze ausgereizt. Das 12-Volt-Bordnetz stößt an seine Grenzen - vor allem Oberklasseautos, wie hier das Tesla Model S, verbrauchen viel Strom Quelle: Tesla Vor allem Bremsenergie-Rückgewinnung, Start-Stopp-Systeme, Wankstabilisatoren und Mild-Hybrid-Systeme fordern die höhere Spannung, da sie kurzzeitig viel Energie benötigen. Mit der 48-Volt-Technik besteht die Möglichkeit, größere Energiemengen zu übertragen.

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."

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.

48-Volt-Bauteile sind kompakter

Gerade Fahrzeuge mit Mild-Hybrid-Antrieb oder vielen elektrischen Verbrauchern können von der höheren Spannung profitieren Quelle: Bosch

"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 Hanno Jelden, Leiter Antriebselektronik der technischen Entwicklung bei Volkswagen.

Das 48-Volt-Bordnetz kommt also, ersetzen wird es 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.

Vollständige Umrüstung ist technisch aufwändig

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. "Ideal wäre eine vollständige Umrüstung auf 48 Volt, technisch wird das aber aufwändig", sagt VW-Entwickler Jelden.

Ein Testfahrzeug mit 48 Volt Bordspannung - mit einem vollständigen Wechsel auf die höhere Voltzahl ist in den nächsten Jahren jedoch nicht zu rechnen

Ersten Systeme kommen 2015

Neben den Autoherstellern beschäftigen sich auch Zulieferer wie Bosch und Continental mit dem Thema. Die Einführung eines zweiten Spannungsniveaus unter 60 Volt sei derzeit eines der Hauptthemen der Automobilindustrie, sagt Carsten Götte, Leiter der Entwicklung Bordnetzsysteme bei Continental. Ab nächstem Jahr werden die Systeme in Autos Einzug finden - vorerst nur in der Oberklasse. Aber auch der Einsatz in Kleinwagen ist in den nächsten Jahren denkbar.

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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