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Fahrzeugelektronik: Das Hochvolt-Traktions-Bordnetz beherrschen

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Fahrzeugelektronik  

Das Hochvolt-Traktions-Bordnetz beherrschen

20.11.2014, 14:47 Uhr | Andreas Burkert / Springer

Fahrzeugelektronik: Das Hochvolt-Traktions-Bordnetz beherrschen. Aston Martin DB9 Hybrid-Konzeptfahrzeug (Quelle: Bosch Engineering)

Aston Martin DB9 Hybrid-Konzeptfahrzeug (Quelle: Bosch Engineering)

Manche Autos mit elektrischem Antriebsstrang fahren mit mehr als 600 Volt. Das stellt besondere Anforderungen an das Hochvolt-Bordnetz und an die Handhabung hoher Ströme. Während einige die Systemarchitektur optimieren, messen andere penibel die Temperatur der Batteriezellen des Hochvoltspeichers.

Mit steigender Spannung nimmt das Elektrofahrzeug Geschwindigkeit auf. Je nach Elektrifizierungsgrad werden dazu mittlerweile Spannungen zwischen zwölf und mehr als 600 Volt benötigt. Steigen die Anforderungen, werden auch die Systemleistung und damit die notwendigen Ströme erhöht. Das allerdings erfordert eine grundlegende Betrachtung des gesamten Spannungs-Bordnetzes. Welche wesentlichen Aspekte dabei beachtet werden müssen, zeigen die Springer-Autoren Gabriele Pieraccini, Ralph Schmidt und Gordon Windisch am Beispiel eines Hybrid-Konzeptfahrzeug auf Basis eines Aston Martin DB9.

Elektroniksysteme eines Hybrid-Konzeptfahrzeugs

In ihrem Beitrag "Vernetzt, elektrifiziert: Elektroniksysteme eines Hybrid-Konzeptfahrzeugs" beschreiben die Ingenieure von Bosch Engineering, wie dort neben der Auslegung der technischen Anforderungen und der grundlegenden Steuergeräte- und HMI-Architektur auch das gesamte Bordnetzes mit einem Hochvolt-Traktions- und Niedervolt-Bordnetz konzipiert wurde. Auf dieser Basis wurde dann auch das Klemmensteuerungskonzept entwickelt.

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"Die ganzheitliche Entwicklung der Systemarchitektur spiegelt sich vor allem in den elektrischen und elektronischen Systemen (E/E-System) des Fahrzeugs wieder", erklären die Autoren. Und sie wissen, dass es dabei für die Entwicklung ein optimales E/E-System wichtig ist, es aus den jeweiligen Blickwinkeln der einzelnen Entwicklungsbereiche (Niedervolt-Bordnetz, mechanische Integration, elektrische Integration, elektromagnetische Verträglichkeit) zu betrachten. Sie haben dazu für jeden Bereich Bewertungskriterien festgelegt und aus Sicht der Gesamtfahrzeugentwicklung gewichtet. "Somit lassen sich die Anforderungen des E/E-Systems definieren."

Energieversorgungskonzept für zusätzliche Komponenten

Weil wegen der wachsenden Anzahl an elektrischen Systemen und Komponenten im Fahrzeug der Leitungssatz eine immer wichtigere Rolle spielt, wurde auf Basis der neuen Bordnetzarchitektur ein neuer Leitungssatz entwickelt. Dabei mussten die Kriterien Bauraum, Packaging (Dimensionierung und Positionierung der Komponenten und Leitungsstränge), Umgebungsbedingungen, komponentenspezifische Anforderungen, Partitionierungs- und Verteilungskonzepte und elektromagnetische Verträglichkeit, so die Autoren, genauestens betrachtet werden, "um diesen möglichst effizient auszulegen".

Die Analyse der Energieverteilung im Basisfahrzeug Aston Martin DB9 zeigt im Übrigen, dass für die zusätzlich eingebauten Komponenten ein Energieversorgungskonzept nötig war. Insbesondere vor dem Hintergrund, dass das Hochvolt-Traktionsbordnetz für den elektrischen Teil des Antriebssystems von zahlreichen Faktoren beeinflusst wird. So spielen laut Beitrag beispielsweise "die Wechselwirkungen von Bauraum, Verlegepfaden und elektromagnetischer Verträglichkeit eine besondere Rolle".

Thermosimulation von Akkus zur Performancesteigerung

Eine weitere Besonderheit ist aber auch die elektrische Energiespeicherung. Denn mit den steigenden Anforderungen werden auch die Systemleistung und damit die notwendigen Ströme erhöht. "Die gezielte Freigabe von Strömen soll deshalb durch präzisere Temperaturdaten verbessert werden", schreiben die Autoren Michael Clauss, Jakob Hennig, Carolus Grünig, und Carsten Skrobanek in ihrem Beitrag für die ATZelektronik. In "Thermosimulation von Akkus zur Performancesteigerung von E-Antrieben" stellen sie dazu eine 3D-thermische Co-Simulation zur Performancesteigerung des elektrischen Antriebsstrangs vor.

Die Simulation ist insbesondere vor dem Hintergrund wichtig, da heute vor allem Hochenergie- oder Hochleistung-Zellen auf Lithium-Ionen-Basis mit gleichem Zelltyp für EV und Plug-in-Hybride (PHEV) verbaut werden. "Entsprechend groß sind die Anforderungen an die Performance der Zelle bei gleichbleibender Lebensdauer." Immerhin kann eine inhomogene Temperaturverteilung, welche unterschiedliche elektrische und ionische Leitfähigkeiten der Materialien zur Folge hat, zu lokalen Spannungs- und Stromüberhöhungen in den aktiven Materialien der Zelle führen. "Und damit eine dauerhafte Schädigung der Zelle bewirken."

www.springerprofessional.de/automobiltechnik/

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