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Jun 21, 2024

Tesla verpflichtet sich zu 48

Dan Carney | 07. März 2023 Ingenieure haben immer wieder vorhergesagt, dass Autos in den nächsten zwei Jahrzehnten von 12-Volt-Bordnetzen auf 48-Volt-Systeme umsteigen würden. Aber Kosten und Trägheit haben 12 Volt beibehalten

Dan Carney | 07. März 2023

Ingenieure haben immer wieder vorausgesagt, dass Autos zwei Jahrzehnte lang von 12-Volt-Bordnetzen auf 48-Volt-Systeme umsteigen würden. Kosten und Trägheit haben jedoch dazu geführt, dass die 12-Volt-Elektrik erhalten bleibt, mit gelegentlichem gezielten Einsatz von 48-Volt-Strom in Hochstromanwendungen.

Doch das Zeitalter der 12-Volt-freien Fahrzeuge stehe nun endlich bevor, so Pete Bannon, Vizepräsident für Hardware-Engineering bei Tesla. „Eine der Änderungen, die wir derzeit vornehmen möchten, besteht darin, etwas zu ändern, das seit 60 Jahren stabil ist: 12 Volt“, sagte er auf der jährlichen Investorentag-Konferenz von Tesla.

Es gebe gute Gründe für den Wechsel, erklärte Bannon. „Seit 60 Jahren ist der Strombedarf im Auto stetig gestiegen, bis zu dem Punkt, dass wir jetzt ziemlich große Kabel benötigen, um über 200 Ampere Strom durch das Auto zu leiten, was die Masse und die Kosten erhöht“, sagte er. Dies sind die Faktoren, die zu der seit langem bestehenden Erwartung geführt haben, dass sich die Branche verändern würde.

„Mit Cybertruck und allen zukünftigen Tesla-Plattformen werden wir auf 48 Volt umsteigen“, kündigte Bannon an. „Dadurch reduziert sich der Strombedarf um den Faktor vier. Und da der Leistungsverlust im Kabelbaum dem Widerstand mal dem Quadrat des Stroms entspricht, führt eine Reduzierung des Stroms um das Vierfache zu einer 16-fachen Reduzierung des Leistungsverlusts bei der Energieverteilung im Fahrzeug. Dies ermöglicht kleinere Kabel, kleinere E-Sicherungen und kleinere Controller. Dadurch können wir auch die Kühlkörper verkleinern oder in vielen Fällen ganz entfernen, was dem Auto in Bezug auf Masse und Gewicht zugutekommt.“

Bisher war der Einsatz der 48-Volt-Technologie begrenzt. „Seit ein paar Jahren gibt es 48-Volt-Systeme, die den Starter-Generator in Mild-Hybriden und andere Hochleistungszubehörteile wie aktive Federung und Servolenkung mit Strom versorgen“, bemerkt Mike Austin, leitender Forschungsanalyst für Elektrofahrzeuge bei Guidehouse . „Wie Tesla in der Präsentation sagte, ermöglicht die höhere Spannung einen geringeren Strom und dünnere Drähte, was Gewicht und Kosten spart.“

Während ein vereinfachter Kabelbaum jedoch günstiger und einfacher zu installieren ist, sind die 48-Volt-Komponenten teurer, was ein entscheidender Faktor war. „Bisher hat es vor allem aus Kostengründen keine größere Verbreitung gegeben“, erklärt Austin. „Eine 48-Volt-Batterie und ein Steuergerät sind teurer als ein gewöhnlicher 12-Volt-Starter und eine Batterie.“

Die Zerbrechlichkeit der Glühfäden in Glühlampen war lange Zeit ein weiteres Hindernis, da die Anzahl der Glühbirnen in Fahrzeugen den Gedanken, 12-Volt-Systeme abzuschaffen, zu Kopfzerbrechen zu machen schien. Allerdings verfügen LED-Beleuchtungen bereits über Schaltkreise, um die Spannung an die niedrigen Werte der LED-Leuchten anzupassen, was bedeutet, dass sie wie 12-Volt-Systeme mit 48 Volt arbeiten können sollten, sagte Greg Green, Leiter Automobilmarketing bei Vicor , ein Unternehmen, das sich auf Leistungsmodule spezialisiert hat.

Bewältigung des Leistungsverlusts mit einem herkömmlichen Wandler bei einem Wirkungsgrad von 94 Prozent.

Und die Kostenseite der Gleichung kann bei Elektrofahrzeugen durch den vollständigen Verzicht auf die Niederspannungsbatterie angegangen werden. Stattdessen können diese Autos einen Stromrichter verwenden, der die Hochspannung von der Traktionsbatterie auf die Stromversorgung der Bordsysteme herabsetzt. „Mit einem Elektrofahrzeug ist es einfacher, da man lediglich die Spannung der Antriebsbatterie umwandeln muss“, sagt Austin. „Wenn Tesla plant, für die gesamte Niederspannung seiner Autos 48 Volt zu nutzen, wird es Einsparungen bei der Komplexität, dem Gewicht und den Materialien geben.“

Das ist genau das Szenario, das Vicor propagiert. „Bei der Umstellung von Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor, die auf 12-Volt-Lichtmaschinen basieren, muss man für 48-Volt extra bezahlen. Bei Elektrofahrzeugen ist der Übergang auf 48 Volt ganz natürlich.“

Systeme, die von einem überlasteten 12-Volt-System auf 48 Volt umsteigen.

Sie profitieren nicht nur vom geringeren Gewicht und der geringeren Größe des Kabelbaums, sondern auch einige der Geräte, die über das System mit Strom versorgt werden, so Green. „Kompressoren und Pumpen arbeiten bei 48 Volt effizienter als bei 12 Volt“, sagt er. „Es ist ein doppelter Bonus.“

Der Trick bestand darin, Stromrichter zu entwickeln, die bei Bedarf Strom mit der Stabilität einer Batterie liefern. Vicor sagt, dass es diese Herausforderung gelöst hat. „Wir haben mit Kunden zusammengearbeitet, um sehr kompakte DC-DC-Wandler zu entwickeln, die die Hochspannungsbatterie auf 48 Volt herunterwandeln“, sagt Green. Und für alle älteren 12-Volt-Geräte bietet Vicor zusätzliche Module an, die die Spannung wieder von 48 Volt auf 12 Volt herunterbrechen.

Die Ankündigung von Tesla, dass die Lieferung einer Technologie unmittelbar bevorsteht, ist eine Sache; Das Unternehmen, das das Ding tatsächlich liefert, ist ein anderes. Es bleibt also abzuwarten, wann die Serien-Cybertrucks tatsächlich in großen Stückzahlen bei den Einzelhandelskunden ankommen.

Globale Prognose nach Antriebstyp.

Aber egal, was Tesla macht, auch andere Autohersteller haben Produktionspläne für 48-Volt-Fahrzeuge, sagt Green. Der Erstkunde von Vicor werde später in diesem Jahr ein neues Modell ankündigen, dessen Auslieferung 2023 oder Anfang 2024 erfolgen soll, sagt er. Weitere Kunden sollen in den Jahren 2025 und 2026 folgen, wobei die Zahl der 12-Volt-Systeme im Laufe des nächsten Jahrzehnts zurückgehen wird.

„48 Volt sind die Zukunft des Niederspannungsdesigns bei Tesla und wahrscheinlich auch im Rest der Branche zu gegebener Zeit“, schloss Bannon.

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