Kfz-Bordnetze Entwicklungstrends bei E/E-Architekturen für die Autos von morgen

Die Weiterentwicklung von E/E-Bordnetzen im Fahrzeug wird von den steigenden Komfort- und Sicherheitsansprüchen der Automobilindustrie und der Endkunden geprägt. Entwicklung und Einsatz neuer Fahrzeugfunktionen haben eine zunehmende Komplexität elektrischer und elektronischer Anwendungen im Auto zur Folge. Zusätzlich schränken neue gesetzliche Vorgaben zum Insassen- und Umweltschutz Platz und Bauraum im Fahrzeug massiv ein.

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Eine immer bedeutsamere Rolle nehmen Zentralelektriken ein. Mit Zentralelektriken werden verschiedene Funktionen gebündelt und platzsparend im Fahrzeug angeordnet. In einem modernen Auto befinden sich bis zu fünf solcher Zentren. Sie sichern den elektrischen Leitungssatz, dienen der Stromverteilung und steuern teilweise bestimmte Funktionen. Wichtige Sensoren und Auswertesysteme für das Batteriemanagement und für die Absicherung des Bordnetzes können darin integriert werden.

Die Batterie: Pannenursache Nr. 1 im Auto

Die Batterie ist für Delphi ein ganz wichtiger Entwicklungsansatz. Sie ist immer noch die Achillesferse des modernen Automobils. Seit Jahren führt der Stromspeicher als unangefochtene Nummer eins der Pannenursachen die Statistik des ADAC an. Etwas über ein Drittel der vom Automobilclub erfassten Pannen gehen auf das Konto der Fahrzeugelektrik; für die Mehrheit dieser Ausfälle ist wiederum ein Defekt der Batterie verantwortlich.

Wer die Zuverlässigkeit moderner Fahrzeuge verbessern will, muss deshalb an der Batterie ansetzen. Vor allem vor dem Hintergrund der beständig steigenden Komplexität der Elektrik und Elektronik im Auto gewinnt eine kontinuierliche und zuverlässige Überwachung an Bedeutung. Delphi hat daher einen innovativen Batteriesensor entwickelt, der in der Lage ist, den Zustand der Batterie permanent zu kontrollieren.

Überwachung des Gesundheitszustands der Batterie

„Dass der Ladezustand der Batterie erfasst und überwacht wird, ist an sich nichts Besonderes“, erläutert Christian Klimm, Chefingenieur des Delphi Geschäftsbereichs Delphi Electrical Centers (DEC) in Wuppertal. „Neu ist, dass wir jetzt auch den ‚Gesundheitszustand’ überwachen können. Damit sind wir vor unerwarteten Ausfällen der Batterie geschützt“, so Klimm weiter. Delphi hat dazu einen speziellen Algorithmus entwickelt, der als Berechnungsgrundlage für die Ermittlung des „State of Health“ eines Stromspeichers dient. Diese Kombination aus Batteriesensor und Algorithmus macht die Lösung so einzigartig. Drohende Entladungen können auf diese Weise genauso schnell erkannt werden wie Überladungen. Über ein intelligentes Batteriemanagement werden dann Maßnahmen eingeleitet, um die Funktion des Stromspenders sicherzustellen.

Batteriesensor steigert Antriebseffizienz

Mit dem kompakten Batteriesensor, der auf dem Batteriepol angebracht wird, lassen sich zudem in Zukunft weitere Funktionen realisieren, die die Antriebseffizienz steigern und den Kraftstoffverbrauch senken. So kann der Sensor als Bestandteil eines innovativen Energiemanagements dafür sorgen, dass die Batterie ausschließlich in Bremsphasen und im Schiebebetrieb durch den Generator geladen wird. Beim Beschleunigen werden Motor und Generator entkoppelt. Der neue Batteriesensor wird noch in diesem Jahr serienreif.

Vorabsicherungsbox unterbricht Batterieleitung bei einem Unfall

Zu den weiteren Produkt-Highlights des Automobilzulieferers im Zusammenhang mit der Auto-Batterie zählen Vorabsicherungsboxen mit integriertem Trennschalter. Er kappt im Falle eines Unfalls die Leiterbahn-Verbindungen zur Batterie, um einen Kurzschluss zu verhindern und das Risiko eines Fahrzeugbrandes wegen eines Kurzschlusses auszuschließen. Gekoppelt wird der Trennschalter mit dem Airbag-Steuergerät: Werden die Frontairbags des Fahrzeugs ausgelöst, so unterbricht der Schalter die elektrischen Verbindungen der Batterie.

Bordnetz – das Nervensystem des Autos

Die Kompetenzen zur Entwicklung und Produktion von Zentralelektriken für Fahrzeugbordnetze werden in der jungen Produktsparte „Delphi Electrical Centers“ (DEC) innerhalb des Geschäftsbereiches Elektrische/Elektronische Architekturen gebündelt. E/E-Netze bilden das „Nervensystem“ von Fahrzeugen und unterliegen angesichts der sich stetig wandelnden Ansprüche einem beschleunigten Evolutionsprozess. Ziel ist die optimale Integration von Funktionen bei größtmöglicher Flexibilität in einem kostengünstigen und robusten Design. Je nach Anforderungsprofil können E/E-Systeme als eher einfache oder hochkomplexe Architekturen ausgeführt werden. Entscheidend ist dabei die Methode der Energieverteilung, um eine sichere Leistungsweitergabe an die zahlreichen elektrischen Verbraucher eines modernen Fahrzeugs zu gewährleisten. Dabei kommt auch den Verbindungssystemen im Kabelsatz eine wichtige Rolle zu, müssen sie doch eine zuverlässige Signal- und Lastübertragung gewährleisten und höchsten Anforderungen durch Hitze, Kälte, Vibrationen oder Feuchtigkeit standhalten.

Zentrale oder dezentrale Stromverteilung im Bordnetz

Die Stromverteilung im Fahrzeug, die von den Zentralelektriken übernommen wird, kann je nach Kundenwunsch und Fahrzeugklasse zentral über eine Steuereinheit, die die komplette Funktionalität abdeckt, oder dezentral über viele verschiedene Module mit hohem Kommunikationsbedarf realisiert werden. Ausschlaggebend für den Aufbau der E/E-Architektur sind die jeweiligen Bedingungen im Fahrzeug, der vorhandene Bauraum, der Funktionsumfang, der elektronische und elektrische Anteil, Fragen der Servicefreundlichkeit und die Kosten.

Dazu ergänzt Edmund Erich, Leiter der Vorentwicklung E/E-Architektur bei Delphi Europa: „Die Entwicklung der Kupferkosten innerhalb der vergangenen zwölf Monate legt es nahe, dass neue Konzepte zur Miniaturisierung des Bordnetzes gefunden werden müssen. Aber auch die CO2-Diskussion und die zu erwartenden neuen Grenzwerte zwingen dazu Masse und Gewicht der Komponenten signifikant zu reduzieren. Die dazu notwendigen Technologien sind im Hause Delphi entwickelt. Die ökonomische und ökologische Notwendigkeit erzeugt ein neues Bewusstsein und erlaubt nun auch vormals technisch Unmögliches ernsthaft im Markt zu implementieren. Die Delphi Wafer-Technologie dient genau dem Ziel der Gewichts und Bauraum optimierten Produktgestaltung. Dazu tragen aber auch intelligente Sicherungskonzepte bei.“

Quo vadis, Bordnetz?

Als wichtigsten Markttrends auf dem Gebiet der Bordnetze sieht Klimm „die Reduktion der Komplexität, Integration, Miniaturisierung, Energiemanagement und Erhöhung der Energieeffizienz, Schutz gegen Kurzschluss beim Crash. Derzeit steht in Europa die Konstruktion benutzerfreundlicher Absicherungssysteme auf der Agenda. Mittelfristig, mit Blick auf die Klima- und Verbrauchsdebatte dominieren Energiemanagement und Miniaturisierung die Produktentwicklung.

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