Prüfstand für Bordnetze: Immer mehr elektrische Komponenten erobern das Auto. Foto: Uni Kassel
Ein Diagnosesystem speziell für Elektroautos entwickeln und testen Wissenschaftler der Uni Kassel im Rahmen des Forschungsprojektes ,,Prädem”. In diesem vom Bundeswirtschaftsminister geförderten Projekt arbeiten die Uni Kassel, die TU Ilmenau und Volkswagen zusammen.
Der Erfolg künftiger Fahrzeuge am Markt wird unter anderem von ihrer Zuverlässigkeit und Wartungsfreundlichkeit abhängen. „Es geht darum, frühzeitig zu erkennen, ob eine elektrische Antriebsmaschine Probleme hat“, sagt Professor Ludwig Brabetz, der Leiter des Fachgebiets Fahrzeugsysteme und Grundlagen der Elektrotechnik an der Uni Kassel. Ziel sei ein System, das die Werkstätten leicht bedienen und auswerten können. Zur Finanzierung der Forschungsarbeiten stehen 1,6 Millionen Euro Projektmittel bereit.
Die Zahl der elektrischen Komponenten steigt auch in Autos mit Benzin- oder Dieselmotor seit Jahren an. Beispielsweise ist die bisher hydraulisch gesteuerte Lenkung in vielen Fahrzeugen schon durch eine elektrisch betriebene ersetzt worden. „Elektrische Systeme sind einfach besser zu regeln als hydraulische“, erklärt Brabetz, „und sie haben oft einen höheren Wirkungsgrad.“
Da die elektrischen Systeme nicht an den Motor gekoppelt sind und nur bei Bedarf Leistung aufnehmen, helfen sie schon heute, den Spritverbrauch eines Autos zu senken. Die steigende Zahl elektrisch betriebener Aggregate ist allerdings auf das reibungslose Funktionieren ausgefeilter Bordnetze angewiesen, also auf das zuverlässige Zusammenspiel untereinander vernetzter Steuergeräte, Regler, Wandler oder Sensoren.
Doch der Zuwachs an Elektrik hat Folgen. Ein modernes Auto benötigt im normalen Fahrbetrieb 600 Watt elektrische Leistung. Im Extremfall, wenn viele Verbraucher gleichzeitig Strom benötigten, können es kurzfristig auch einige Kilowatt sein. Höhere Leistung aber sorgt für höhere Temperaturen in den Stromkabeln. Es kann zu plötzlichen Spannungsabfällen kommen, wenn Generator und Batterie nicht genügend elektrische Leistung liefern.
Um diese steigenden Anforderungen zu erfüllen, arbeitet das Laborteam des Fachgebiets an einer maßgeschneiderten Verteilung der Energie im Bordnetz für jedes Fahrzeugmodell. „Mit einer intelligenten Regelung des Systems und einer optimalen Topologie der Verkabelung lassen sich Energie und Kosten sparen“, sagt Brabetz, der langee als Entwickler in der Autoindustrie tätig war. Momentan „dimensionieren die Hersteller im Zweifelsfall ihr Bordnetz eher etwas größer als nötig, um auf der sicheren Seite zu sein“, erklärt der Physiker.
Mit dem Schritt hin zum reinen Elektromobil werden die Anforderungen an Robustheit und Sicherheit des Bordnetzes nun noch höher, betont der Kasseler Forscher. Denn dieses müsse mit deutlich höheren Strömen und Spannungen klarkommen als das Netz eines Autos mit Verbrennungsmotor. Außerdem werde der Stromverbrauch der elektrischen Komponenten mitentscheidend für den Erfolg eines Elektromobils am Markt sein.
Denn wenn das Bordnetz zu viel elektrische Energie schluckt, geht das auf Kosten des Aktionsradius. Ein Kilowatt mehr Strombedarf im Netz können, je nach Fahrzeug, etwa sechs Prozent Verlust an Reichweite bedeuten. Ein ausgeklügeltes, gut geregeltes elektrisches System zum Antrieb der Aggregate hilft daher, die Energieeffizienz und damit auch Reichweite und Marktchancen eines Elektroautos zu steigern.
