Die Spannung. Elektrisch unterstützte Lenkungen, Bremsen und. halten MODERNES ENERGIEMANAGEMENT AUS HARD- UND SOFTWAREKOMPONENTEN

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1 22lA UTOMOTIVE l HYBRIDSYSTEME MODERNES ENERGIEMANAGEMENT AUS HARD- UND SOFTWAREKOMPONENTEN Die Spannung halten Neue Systeme und ihr individueller Energiebedarf stellen wachsende Anforderungen an das zukünftige Bordnetz und die Energiespeicher. Continental entwickelt ein Batterie- und Energiemanagement, das neben Elektronikkomponenten auch geeignete Software und Steuerstrategien umfasst. Die modular aufgebauten und aufeinander abgestimmten Komponenten sollen bei allen Einsatzbedingungen auch im Hinblick auf künftige Hybridantriebe und reine Elektroantriebe die Verfügbarkeit des Bordnetzes gewährleisten und Energie (Kraftstoff) sparen helfen. Elektrisch unterstützte Lenkungen, Bremsen und elektrifizierte Nebenaggregate des Motors oder der Hybrid- und Elektroantrieb sind nur einige Beispiele, die den Bedarf und in gewissen Situationen auch die Verfügbarkeit an elektrischer Energie im Fahrzeug künftig erhöhen werden. Ihr Einsatz wird nicht zuletzt forciert, um den CO2-Ausstoß zu senken. Dadurch kommen völlig neue Anforderungen auf das Bordnetz und seine Ausfallsicherheit zu. Gerade diese Ausfallsicherheit und damit die Pannenhäufigkeit trägt maßgeblich zum Image einer Automobilmarke bei. Außerdem bedeuten weniger Liegenbleiber sowie Garantie- oder Gewährleistungsfälle geringere Garantiekosten. Nicht zuletzt erfordern sicherheitsrelevante Funktionen beispielsweise elektrische Brems- oder Lenksysteme sowie Assistenzfunktionen eine sehr stabile Energieversorgung. Dieser Aspekt wird in Zukunft stetig an Bedeutung gewinnen. Energiehaushalt im 14-Volt-Bordnetz Schwache Batterien sind immer noch die Hauptursache liegen gebliebener Fahrzeuge. Beispielsweise entziehen umfangreich ausgestattete Fahrzeuge der Batterie bei einer Standzeit von zwei bis drei Wochen einen Großteil ihrer Ladung. Ein Zweibatterien-System zur Sicherung der Start-

2 HYBRIDSYSTEMEl AUTOMOTIVE l23 fähigkeit ist mit hohen Mehrkosten verbunden und damit nur bei höherklassigen Fahrzeugen Bei niedrigem Ladezustand (State of Charge - SOC) können dann abhängig von den darstellbar. Vorgaben des Automobilherstellers ein- Continental setzt hier auf die Batteriediagnose in Kombination mit einer konsequenten Ruhestromüberwachung. Der schon serienerprobte Batteriesensor IBS (Bild 1) zelne Verbraucher abgeschaltet oder mit weniger Leistung weiter betrieben werden. Nächste Stufe ist ein Ruhestrom-Management, das mit einer zentralen Steuereinheit im Ruhezustand des Fahrzeugs alle Stromverbraucher überwacht. Unnötig aktivierte oder defekte Systeme werden erkannt und gegebenenfalls abgeschaltet, um die Entladung der Batterie auf ein Minimum zu reduzieren. Insbesondere Kunden mit Oberklasse-Fahrzeugen akzeptieren aber temporäre Abschaltungen von Komfortfunktionen wie z. B. einer Lenkrad- oder Sitzheizung Bild 1: Der Batteriesensor von Continental überwacht den Ladezustand der Batterie, um die Startfähigkeit des Motors sicherzustellen. im Winter kaum. Deshalb arbeitet Continental an einer Regelung, die eine kontinuierliche Lastverteilung kontrolliert kontinuierlich den Strom, die Spannung und die Temperatur der Batterie. Durch seine kompakten Ausmaße kann er direkt in der Pol-Nische angebracht werden. Ein spezieller Algorithmus schließt aus den Messwerten auf den Zustand der Batterie. ermöglicht, und so den Komfort möglichst lange aufrecht zu erhalten. Dieser so genannte PowerTrader Algorithmus (Bild 2) verteilt die verfügbare Energie bedarfsgerecht an die Funktionen. Ähnlich einer Börse werden Energiepakete gehandelt. ACHTUNG! Stromfresser! Gemeiner kleiner Stromfresser, Gourmetis Currentis AC/DC: weit verbreitet in der KFZ-Elektronik, seit einigen Jahren stark vermehrt, scheu, lebt äußerst versteckt. Elektroparasit. Schädling! Saugt Strom, auch bei abgeschaltetem Motor. SCHÜTZEN Sie sich! Mit unseren Instrumenten messen Sie - Ströme - Spannungen - Temperaturen Schnell, präzise und in weiten Bereichen. Mit automatischer Messbereichsanpassung und Datenausgabe über CAN und RS232. KLARI-MOD SC 1000V Isolation für Strom- und Spannungsmessungen an Hybrid-Systemen Bild 2: Die Power Trader-Funktion berechnet einen virtuellen Energiepreis, auf dessen Grundlage die elektrischen Systeme elektrische Energie zugewiesen bekommen. automotive KLARI-MOD MC KLARI-CORD 2 KLARI-FUSE Stefan Klaric GmbH & Co.KG Stuttgart

3 24lA UTOMOTIVE l HYBRIDSYSTEME Bild 3: Das Energiemanagement von Continental basiert auf mehreren modular abgestimmten Ausbaustufen. Start-Stopp-Regelung In den nächsten fünf Jahren wird die automatische Motor Stopp-Start-Automatik voraussichtlich in allen Fahrzeugklassen Einzug halten. Sie erfordert eine im IBS verfeinerte Diagnose der Batterie, um die Stopp-Start-Funktion so oft wie möglich einzusetzen. Bordnetz und Komfortverbraucher werden während des Motorstillstandes aus einer optimierten Bleibatterie mit Energie versorgt. Diese AGM- Batterien (Absorbent Glass Mat, Batterien mit Glasfaservlies) sind sowohl auf eine möglichst hohe Anzahl von Ladeund Entladezyklen hin entwickelt worden, als auch auf einen entsprechenden Energiedurchsatz. Künftig könnten hier vielleicht auch Doppelschichtkondensatoren zum Einsatz kommen. Mittelfristig dürfte auch die Lithium-Ionen- Batterie für das 14-Volt-Bordnetz in Marktreife erlangen. Dennoch bleiben die nächsten 10 bis 15 Jahre Blei-Säure- Batterien wohl dominierend. Wenn der Motor nach dem Stopp wieder gestartet wird, kommt es bei Audio- und Navigationssystemen durch den kurzfristigen Spannungseinbruch typischerweise zu einem Neustart dieser Geräte. Continental integriert deshalb einen DC/DC-Wandler in das Bordnetz. Der skalierbare Wandler stabilisiert die Spannung für ausgewählte elektrische Systeme und ersetzt mit seiner Funktionalität eine zweite Batterie, die mehr Kosten und Gewicht verursachen würde. Sicherheit für x-by-wire Um die Verfügbarkeit des Bordnetzes weiter zu erhöhen, entwickelt Continental auch sogenannte Power Net Systeme (PNS). Diese beinhalten einen leistungsfähigen DC/DC automotive Wandler in Kombination mit Doppelschichtkondensatoren. Die Doppelschichtkondensatoren werden vornehmlich mit Rekuperationsenergie gespeist vom Generator, den Continental durch eine intelligente Regelung bevorzugt in Schubphasen des Motors zur Energieumwandlung heranzieht. Der DC/DC-Wandler stellt dann die Verbindung zum Bordnetz sicher. Eine umfassende, sicherheitsorientierte Power Trader-Strategie (Bild 3) bietet auch die Grundlage für die Einführung sicherheitskritischer Systeme wie der elektrischen Bremse und künftig auch in der Oberklasse der elektrischen Lenkunterstützung. Letztere senkt den Leistungsbedarf im Vergleich zu einer herkömmlichen Hydrauliklenkung um bis zu etwa 500 Watt. Mit den elektrischen Lenkunterstützungssystemen im VW Tiguan und Passat CC hat Continental diese Technik in der Mittelklasse etabliert, neue Modelle der Mittel- und Oberklasse werden bald folgen. Bis in etwa fünf Jahren werden wohl weit mehr als die Hälfte aller Neufahrzeuge eine elektrische Lenkung haben. Unter Hochspannung leistungsfähig Die Elektrifizierung des Antriebsstrangs schreitet weiter voran. Besonders in der jüngsten Vergangenheit erleben elektrisch unterstützte Antriebsstränge oder der rein elektrische Antrieb durch den gestiegenen Ölpreis und die Klima-Diskussion einen wahren Boom. Um elektrische Antriebe im Fahrzeug realisieren zu können sind größere Leistungen und damit höhere Spannungen notwendig. Der Elektroantrieb, bestehend aus Elektromotor, Leistungselektronik und Lithium-Ionen-Batterie, arbeitet daher in einem eigenen Bordnetz bei Spannungen bis 430 V. Der DC/DC-Wandler stellt dabei die Schnittstelle zu herkömm-

4 HYBRIDSYSTEMEl AUTOMOTIVE l25 Bild 4: Die Steuerung samt Leistungselektronik für Hybridantriebe umfasst nicht mehr als fünf Liter Bauraumvolumen und ist für Spannungen von bis zu 450 Volt ausgelegt. lichen Bordnetz her, versorgt es mit Strom und ersetzt damit üblicherweise die Lichtmaschine. Bei Bedarf kann über den DC/DC-Wandler aus dem herkömmlichen 14-V- Bordnetz auch die Li-Ion-Batterie geladen werden. Bereits seit 1996 entwickelt Continental Leistungselektroniken (Inverter, DC/DC-Wandler), Energiespeicher und Elektromotoren für Hybrid-, Elektro- und Brennstoffzellen- Fahrzeuge. Die Leistungselektronik das Herzstück von Fahrzeugen mit Hybrid bzw. Elektroantrieb steuert sowohl den Energiefluss vom Elektromotor zum Energiespeicher als auch umgekehrt vom Energiespeicher zum Elektromotor. Sie sorgt beispielsweise für das Ausführen von Befehlen wie elektrisches Fahren, Boosten und regeneratives Bremsen. Der Energiespeicher (die Batterie) bestimmt deutlich die Leistungsfähigkeit von Hybridantrieben und besonders auch die Reichweite von Elektrofahrzeugen. Die aktuelle Weiterentwicklung der Li-Ion-Batterietechnologie ist somit der Schlüssel für elektrisches Fahren in Städten und stadtnahen Bereichen. Damit spielt sie eine entscheidende Rolle für den Markterfolg von Elektroantrieben im Fahrzeug. Sowohl bei der Leistungselektronik als auch bei der Batterie greift Continental auf ein modulares Baukastenkonzept zurück, um den Kunden von der Hybridkomponente bis hin zum Gesamtsystem bedarfsgerechte Lösungen zu bieten. Neben der Li-Ion-Batterie wird Continental Ende 2008 auch den Wechselrichter und den DC/DC-Wandler für den Mercedes S 400 BlueHYBRID liefern. Für die Verknüpfung der Hybrid-Regelung mit dem restlichen Antriebsstrang arbeitet Continental an einem integrierten Antriebsstrang-Management. Ziel ist die fahrdynamisch und ökologisch optimale Unterstützung des Verbrennungsmotors. In der Zukunft wird dann ein Fahrzeug die effizienteste Energieform für bestimmte Fahrsituationen auswählen und die im Automobil verfügbare Energie noch effizienter speichern und nutzen. (oe) Horst Gering, Continental Division Interior, Regensburg Uwe Möhrstädt, Continental Division Powertrain, Berlin Continental

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