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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.

Anfahrt & Lageplan

Der Campus der Technischen Universität Dortmund liegt in der Nähe des Autobahnkreuzes Dortmund West, wo die Sauerlandlinie A45 den Ruhrschnellweg B1/A40 kreuzt. Die Abfahrt Dortmund-Eichlinghofen auf der A45 führt zum Campus Süd, die Abfahrt Dortmund-Dorstfeld auf der A40 zum Campus-Nord. An beiden Ausfahrten ist die Universität ausgeschildert.

Direkt auf dem Campus Nord befindet sich die S-Bahn-Station „Dortmund Universität“. Von dort fährt die S-Bahn-Linie S1 im 20- oder 30-Minuten-Takt zum Hauptbahnhof Dortmund und in der Gegenrichtung zum Hauptbahnhof Düsseldorf über Bochum, Essen und Duisburg. Außerdem ist die Universität mit den Buslinien 445, 447 und 462 zu erreichen. Eine Fahrplanauskunft findet sich auf der Homepage des Verkehrsverbundes Rhein-Ruhr, außerdem bieten die DSW21 einen interaktiven Liniennetzplan an.
 

Zu den Wahrzeichen der TU Dortmund gehört die H-Bahn. Linie 1 verkehrt im 10-Minuten-Takt zwischen Dortmund Eichlinghofen und dem Technologiezentrum über Campus Süd und Dortmund Universität S, Linie 2 pendelt im 5-Minuten-Takt zwischen Campus Nord und Campus Süd. Diese Strecke legt sie in zwei Minuten zurück.

Vom Flughafen Dortmund aus gelangt man mit dem AirportExpress innerhalb von gut 20 Minuten zum Dortmunder Hauptbahnhof und von dort mit der S-Bahn zur Universität. Ein größeres Angebot an internationalen Flugverbindungen bietet der etwa 60 Kilometer entfernte Flughafen Düsseldorf, der direkt mit der S-Bahn vom Bahnhof der Universität zu erreichen ist.