Systemintegration und elektrische Auslegung von DC/DC-Wandlern für robuste 48V-Bordnetzarchitekturen

Die Anzahl der elektrischen und elektronischen Systeme im Fahrzeug nimmt aufgrund der Implementierung innovativer Komfort- und Sicherheitsfunktionen ständig zu. Zusätzlich werden zur Einhaltung der strengen CO2-Grenzwerte mechanische Systeme elektrifiziert und neue elektrische Systeme integriert. Diese Maßnahmen haben bspw. das Ziel, den Verbrennungsmotor zu entlasten oder im Segelbetrieb abzuschalten. Beide Trends bringen das konventionelle Energiebordnetz an seine Stabilitäts- und Robustheitsgrenze. Die Einführung von Zweispannungsbordnetzen (12V/48V) in Fahrzeugen zeigt in ersten Untersuchungen ein hohes Potenzial, um zum einen eine stabile und robuste Versorgung des Bordnetzes zu gewährleisten und zum anderen den Anforderungen der zukünftigen Hochleistungsbordnetze gerecht zu werden. Dabei spielt der DC/DC-Wandler als Schlüsselkomponente des stabilen und robusten Bordnetzes bei verschiedenen 12V/48VArchitekturen eine große Rolle.

Die vorliegende Arbeit schlägt einen methodischen Ansatz vor, welcher elektrische, betriebsstrategische und regelungstechnische Auslegungen eines DC/DC-Wandlers in 12V/48V-Bordnetzen und seine systematische Bewertung hinsichtlich der Spannungsstabilität und Versorgungsrobustheit diskutiert. Hierbei werden potentielle Konfigurationen aus den möglichen Varianten der 12V/48V-Bordnetzarchitekturen ausgewählt. Weiterhin werden Spannungsstabilität und Robustheit sowie Kriterien zu deren Bewertung definiert und Testszenarien zu Robustheits- und Spannungsstabilitätsuntersuchungen festgelegt. Danach wird die Auslegung der Wandler für die ausgewählten Konfigurationen und mit Hilfe der definierten Kriterien ausgearbeitet. Zudem wird ein prototypisches Labormuster eines 12V/48V-Wandlers entwickelt und aufgebaut, um die regelungstechnischen und betriebsstrategischen Herausforderungen des Wandlers in einem Bordnetzprüfstand umsetzen, untersuchen und bewerten zu können.