48 V ist das neue12 V

Der Energiebedarf von Automobilen treibt den Übergang zu 48 V an

Mit dem bidirektionalen NBM2317 von Vicor können Automobile mit minimalen Verlusten und leichterer Verkabelung einfach von 48 V zu 12 V wechseln. (Bildquelle: Vicor Corporation)

Bei Automobilen wurde wie in vielen anderen Branchen vor Jahren auf eine Standard-Betriebsspannung gesetzt. Aber Standards verändern sich mit der Zeit bei technischen Fortschritten. Diese Weiterentwicklung von Standards können wir in der Automobilindustrie beobachten.

Die ersten Autos hatten überhaupt keine elektrischen Komponenten. Sie wurden mit einer Handkurbel gestartet und hatten zur Beleuchtung Öllampen. Dann kam die Blei-Säure-Batterie gefolgt von der 6V-Spannungsversorgung. Dies funktionierte einige Zeit, aber für die immer größer werdenden Motoren und die neue Elektronik wurde mehr Strom benötigt. So wurde 12 V der neue Standard.

Heute sind wir mitten in einem neuen Wandel. Der Energiebedarf von Automobilen wächst schnell, insbesondere der von autonomen Fahrzeugen. Künstliche Intelligenz in Fahrzeugen ist ein weiterer wichtiger Anstoß für die Stromversorgung. Der Antrieb und die Infotainment-Geräte benötigen erheblich mehr Strom.

Eine 12V-Batterie reicht nicht mehr aus. Der nächste logische Schritt geht zu 48 V. Derzeit ist dies keine schwierige Änderung, da einige Fahrzeuge bereits mit zwei Batterien arbeiten. Die Stromversorgung wird zwischen einer herkömmlichen 12V-Batterie und einer 48V-Lithium-Ionen-Batterie aufgeteilt. Dies ist wahrscheinlich nur eine Übergangsphase, bis der Standard von 48 V für alle Fahrzeuge eingeführt wird.

48 V bietet eine hocheffiziente Stromversorgung für viele Branchen

Rechenzentren können ihre herkömmliche Infrastruktur beibehalten, indem sie effizient von 48 V auf 12 V wandeln. (Bildquelle: Vicor Corporation)

In anderen Branchen steht der Wechsel auf 48 V ebenfalls an. Ein ähnlicher Wechsel findet in Rechenzentren statt. Es werden herkömmliche 12V-Stromversorgungsbusse verwendet, aber für den steigenden Energiebedarf sollten effizientere 48V-Stromversorgungsbusse eingesetzt werden.

Elektrowerkzeuge haben ebenfalls einen Spannungssprung vollzogen, wodurch sich das Drehmoment erhöht und die Akkus kleiner werden. Heute finden Sie überall 48V-Werkzeuge. Sie sind vielleicht teurer, aber sie erhalten ihre Ladung länger und liefern ein höheres Drehmoment. LEDs sind ein weiteres Gebiet, auf dem die Vorzüge von 48 V offensichtlich werden, insbesondere bei Außenbeleuchtungen, die den größten Energiebedarf haben. Die Displays werden damit heller, breiter und effizienter.

Welches sind die Vorteile einer 48V-Stromversorgung?

48 V bietet mehr Leistung bei weniger Schaltverlusten. Dies liegt daran, dass durch dieselbe Kupfermenge weniger Strom fließt. Dies erlaubt längere Leitungen und mehr Verbraucher. Eine Spannung von 48 V wird als „Sicherheitskleinspannung“ (Safety Extra Low Voltage, SELV) eingestuft. Dies bedeutet, dass sie noch sicher ist und keine Sonderbehandlung erforderlich ist. Sie liegt unter 60 V. Dies wird allgemein als Grenze für sichere Spannungen angesehen. Darüber hinaus benötigen die Kabel weder eine zusätzliche Schirmung noch besteht eine Überhitzungsgefahr.

Warum wurde nicht gleich mit 48 V begonnen?

Anfänglich waren größere Batterien aufgrund der Kosten und der Größe nicht praktikabel. Eine höhere Spannung hat zwar Vorteile, bringt aber auch einige Einschränkungen mit sich. Die Kontakte von Stromversorgungssystemen mit höheren Spannungen müssen robuster sein und sie sind teurer, weil sie schneller korrodieren. Aber mit dem technischen Fortschritt wurden die Nachteile erfolgreich reduziert. Heutzutage sind die meisten Infrastrukturen und Geräte für 12 V ausgelegt. Wenn sich ein Standard einmal durchgesetzt hat, ist es sicher eine Herausforderung, die Menschen zu etwas Neuem zu bewegen, da ja alles mit 12 V läuft.

Der NBM2317 bietet eine bidirektionale Wandlung zwischen 48 V und 12 V mit einem maximalen Wirkungsgrad von 98 % bei einer Dauerleistung von 800 W. (Bildquelle: Vicor Corporation)

Heutzutage versuchen die meisten Systeme, 12 V und 48 V technologisch zu überbrücken. Die Infrastruktur soll nicht komplett revidiert werden, sondern es soll ein Übergang zwischen Architekturen stattfinden. Neue konventionellere Hybridfahrzeuge haben z. B. zwei Batterien, eine 12V- und eine 48V-Batterie. Die Unternehmen richten es so ein, dass sie nicht ihr ganzes System auf einen Schlag ändern müssen. Sie können die neue Stromversorgungsstruktur bei Bedarf übernehmen. So werden innerhalb der Systeme beim Übergang zu höheren Spannungen verschiedene Bauteile benötigt.

Dort setzen Unternehmen wie Vicor an. Vicor hat soeben ein hervorragendes „Brücken“-Bauelement herausgebracht, den NBM2317. Der NBM bietet eine bidirektionale Wandlung zwischen 48 V und 12 V mit einem maximalen Wirkungsgrad von 98 % bei 800 W Dauerleistung und einer Spitzenlast von 1 kW in einem Gehäuse mit weniger als 3,3 cm3 Rauminhalt. Vicor bietet eine Produktfamilie von 48V-Bauelementen an, die Sie beim Aufbau eines 48V-Versorgungssystems und beim Übergang zu einer 48V-Infrastruktur unterstützen.



Über den Autor

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Ben Roloff, Associate Applications Engineer bei Digi-Key Electronics, unterstützt Kunden seit 2016 bei allen ihren Mikrocontroller-Anforderungen. Er wurde 1991 geboren, in einer Zeit, in der das Internet für den Hausgebrauch noch unbekannt war. Das Internet wurde langsam zum Thema, während er die Schule besuchte - so wuchs Ben gewissermaßen mit dem Internet auf. Es war sein Interesse an Computern, das ihn dazu brachte, eine Ausbildung in Computertechnik zu absolvieren, und so erhielt er einen Bachelor of Science in Computertechnik von der South Dakota School of Mines and Technology.

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