Die vieldiskutierte Elektrifizierung von Fahrzeugen stellt für die Entwickler eine große Herausforderung dar. So gibt es bisher nur wenige fundierte Erfahrungswerte und Standards auf die sie zurückgreifen können. Egal ob das Fahrzeug als Hybrid oder Vollelektrisch ausgelegt ist, ob eine Brennstoffzelle verbaut ist oder ob ausschließlich Nebenaggregate in Nutzfahrzeugen elektrisch betrieben werden sollen, in jedem Fall wird neben dem 12 VDC Bordnetz noch ein weiteres Bordnetz mit höherer Spannung benötigt. Hier lässt sich ein deutlicher Trend zum Hochvolt Bordnetz erkennen, welche für Spannungen zwischen 60 VDC und 1500 VDC definiert sind.

Die Vorteile von einem Hochvolt Bordnetz

Die Wahl der Spannung dieses zweiten Bordnetzes hat grundlegende Auswirkungen auf das jeweilige Fahrzeugkonzept. Bei gleicher zur Verfügung gestellter Leistung steigt der benötigte Strom indirekt proportional zur Höhe der Spannung. Um die Leitungsverluste bei Strömen und die daraus resultierenden thermischen Probleme zu minimieren, müssen die Leitungsquerschnitte überproportional erhöht werden, was sich sowohl bezüglich der Materialkosten als auch dem Gewicht nachteilig auswirkt. Des Weiteren birgt dies hinsichtlich des üblicherweise geringen Bauraumes große konstruktive Herausforderungen.

Zusammengefasst ergeben sich somit bei einer Erhöhung der verwendeten Spannung im Bordnetz Vorteile in Bezug auf Wirkungsgrad, Thermomanagement, Materialkosten, Gewicht und Platzbedarf.

Energiespeicher im Hochvolt Bordnetz

Das Herzstück in jeden Hochvolt Bordnetz ist der Energiespeicher. Im Falle einer Batterie als Energiespeicher besteht diese, je nach Kapazität, aus einer gewissen Anzahl an einzelnen Zellen, welche je nach Zellchemie und Ladezustand Spannungen von 1,75 VDC bis 4 VDC haben können. Die Klemmspannung der Batterie resultiert einzig aus der parallelen und seriellen Verschaltung der einzelnen Zellen. Die Kapazität einer Batterie ist folglich unabhängig von der Klemmspannung und wird nur durch die Anzahl der verschalteten Zellen vorgegeben. Werden Brennstoffzellen mit einem Wasserstoff-Tank als Energiespeicher verwendet, verhält es sich mit deren Ausgangsspannung analog zur Klemmspannung der Batterie. Um eine gewünschte Ausgangsspannung zu erreichen werden mehrere Brennstoffzellen mit in der Regel ca. 1 VDC zu einem Stack verschaltet.

Herausforderungen beim Einsatz von einem Hochvolt Bordnetz

Neben den aufgeführten Vorteilen, die ein Hochvolt Bordnetz mit sich bringt, stellt es die Entwickler von Fahrzeugen auch vor einige Herausforderungen. Anders als beim 12 VDC Bordnetz können sie hier nicht auf ein breit gefächertes und etabliertes Produktportfolio zurückgreifen. Viele Komponenten müssen eigens für die jeweilige Anwendung entwickelt, oder die Anwendung entsprechend an die bestehende Komponente angepasst werden.
Des Weiteren sind in Hochvolt-Bordnetzen verschiedene Sicherheitsanforderungen bezüglich dem Berührschutz, der elektromagnetischen Verträglichkeit und den Einbaurichtlinien zu beachten.

Auch die Zertifizierungen der verbauten Module und der gesamten Fahrzeuge hat an Komplexität zugenommen und stellt die Hersteller zunehmend vor Probleme. Oftmals sind hier noch keine Standards definiert oder diese auf die verwendete Applikation nicht anwendbar.
Das steigende Interesse an alternativen Antrieben wird aber mittelfristig dazu führen, dass diese Herausforderungen wie bei allen anderen innovativen Technologien durch den Einzug in den Massenmarkt gemeistert werden. Die Vorteile liegen auf der Hand.