Fehler in 48 V Bordnetzen von Kraftfahrzeugen
Die übliche Nominalspannung in PKW ist 12 V. Da hiermit Hochleistungsverbraucher nur mit großem Aufwand versorgt und somit wichtige Funktionen zur CO2-Reduktion nicht umgesetzt werden können, wurden in den letzten Jahren viele Komponenten für 48 V als zusätzliche Spannungsebene entwickelt. Diese Spannung erfordert noch keine aufwendigen Schutzmaßnahmen für die elektrische Personensicherheit, erlaubt es aber, die Übertragungsleistung bei nahezu gleichbleibendem Verkabelungsaufwand im Bordnetz zu vervierfachen. Hiermit können in Mild-Hybridfahrzeugen einfache Antriebsfunktionen realisiert werden, z.B. Segeln (elektrisches Halten der Geschwindigkeit ohne Beschleunigung) oder Rekuperieren (Bremsenergierückgewinnung). Hiermit kann die CO2-Bilanz eines Kfz deutlich verbessert werden.
Zusätzlich zur CO2-Reduktion kann die 48 V-Ebene auch für andere Hochstrom-/Hochleistungsanwendungen verwendet werden. Hierzu zählen z.B. die Wankstabilisierung, der E-Turbo oder die Frontscheibenheizung. Auch oft noch mechanisch betriebene Hochleistungsverbraucher, wie z.B. Klimapumpen, können mit 48 V leichter versorgt werden. Somit wird das 48 V Bordnetz neben dem 12 V Bordnetz zu einem zweiten komplexen Netzwerk anwachsen.
Neben den genannten Vorteilen eines 48 V Bordnetzes besteht jedoch die Gefahr, dass bei einem auftretenden Fehler in der Verkabelung (z.B. Kurzschluss, Leitungsbruch, Wackelkontakte, …) ein Lichtbogen entstehen kann. Lichtbögen sind Entladungserscheinungen, die den Stromtransport über eine kurze Luftstrecke ermöglichen. Sie bestehen aus extrem heißem Plasma, welches Temperaturen von bis zu 20.000 K erreichen kann. Diese enorme Hitze kann umliegende Bauteile, wie z.B. Kabelisolationen, in Brand setzen.
Bei Hochvolt-Bordnetzen für Elektrofahrzeugen können Lichtbogenfehler grundsätzlich auch auftreten. Diese sind aufgrund der hohen Anforderungen an den Berührschutz jedoch sehr gut überwacht und abgesichert, sodass es unwahrscheinlich ist, dass hier Lichtbogenfehler größeren Schaden anrichten können. Das 48 V Bordnetz jedoch stellt ein potentiell hochvernetztes Bordnetz dar, ohne dass hier besondere Maßnahmen zur Überwachung vorgesehen sind.
Das Arbeitsgebiet Bordsysteme beschäftigt sich mit der Untersuchung von Lichtbögen in 48 V Kfz-Energiebordnetzen. Lichtbogenmodelle wurden erstellt, um durch Simulationen Gefahrenpotentiale in verschiedenen Bordnetzkonfigurationen sehr genau abschätzen zu können. Weiterhin wurden verschiedene Detektionsmethoden analysiert und neu entwickelt. Umfangreiche Laboreinrichtungen erlauben sowohl das Testen von Bordnetzen unter extremen Bedingungen als auch die genaue Parametrierung der Simulationsmodelle.
Lichtbögen können durch ihre relative Lage zur Quelle klassifiziert werden. Serielle Lichtbögen entstehen dabei in Reihe zur Quelle und parallele Lichtbögen entstehen, ähnlich zu Kurzschlüssen, parallel zur Quelle.