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Trends, die den Markt für Automobil­elektronik bewegen

| Redakteur: Thomas Kuther

Der Markt für Autoelektronik ist weiter im Aufwind. Tony Armstrong, Director of Product Marketing, Power Products, bei Analog Devices, das kürzlich Linear Technology übernommen hat, erläutert die Trends.

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Tony Armstrong: „Es ist offensichtlich, dass der Elektronikanteil in den Fahrzeugen weiter wachsen wird, völlig unabhängig davon, wie viele Autos jedes Jahr verkauft werden.“
Tony Armstrong: „Es ist offensichtlich, dass der Elektronikanteil in den Fahrzeugen weiter wachsen wird, völlig unabhängig davon, wie viele Autos jedes Jahr verkauft werden.“
(Bild: Analog Devices)

Die Schlüsselfaktoren für das stetige Wachstum des Marktes für Automobilelektronik sind die steigende Bedeutung einer verbesserten Sicherheit, geringerem Kraftstoffverbrauch und ADAS (advanced drivers assistance systems). Außerdem treibt die Verbreitung von Hybrid- und vollelektrischen Fahrzeugen den Bedarf an analogen Leistungswandlerprodukten. Zusätzlich zum steigenden Einsatz von Fahrzeugelektronik wird erwartet, dass auch der Automobilmarkt selbst ständig weiter wächst und deshalb eine höhere Nachfrage in der Fahrzeugproduktion entsteht.

Elektroniksysteme im Auto kontinuierlich versorgen

Es gibt viele Applikationen für Elektroniksysteme im Automobil, die kontinuierlich versorgt werden müssen, selbst wenn das Auto geparkt ist, zum Beispiel Keyless-Entry, Sicherheitssysteme und persönliche Infotainmentsysteme, die üblicherweise Navigation, GPS-Lokalisierung und automatische Notruffunktionen (e-call) umfassen. Es mag schwer zu verstehen sein, warum diese Systeme immer eingeschaltet sein müssen, selbst, wenn sich die Fahrzeuge nicht bewegen, aber das GPS-System muss immer eingeschaltet sein, um eine Kommunikation im Notfall und aus Sicherheitsgründen zu ermöglichen (z.B. um den Aufenthaltsort im Falle eines Unfalls anzugeben). Dies ist ebenfalls eine nötige Anforderung, sodass – wenn nötig – eine rudimentäre Steuerung von einem externen Bediener durchgeführt werden kann. Dementsprechend ist eine Schlüsselanforderung für diese Anwendungen ein geringer Ruhestrom für die Elektroniksysteme, um die Batteriebetriebszeit zu verlängern.

Es ist offensichtlich, dass der Elektronikanteil in den Fahrzeugen weiter wachsen wird, völlig unabhängig davon, wie viele Autos jedes Jahr verkauft werden. Und die Nachfrage nach hybriden und vollelektrischen Fahrzeugen ist ein weiterer Auslöser für das Wachstum dieses Marktes.

Zusammen mit der steigenden Popularität, Batterien als Stromquellen einzusetzen, gibt es auch den Bedarf, ihre nutzbare Lebenszeit zu maximieren. Nicht ausbalancierte Batterien, eine Fehlanpassung des Ladungszustands der einzelnen Zellen, die eine Batterie bilden, ist insbesondere ein Problem in großen Lithium-Batteriepaketen, hervorgerufen durch Variationen im Herstellungsprozess, Betriebsbedingungen und Batteriealterung. Dieses Ungleichgewicht kann die Kapazität eines Batteriepakets insgesamt reduzieren und das Batteriepaket potenziell schädigen. Das Ungleichgewicht verhindert, dass Batterien vom geladenen Zustand auf den ungeladenen Zustand nachverfolgbar übergehen und wenn nicht sauber überwacht, kann dies dazu führen, dass Batterien überladen oder tief-entladen werden, was die Zellen dauerhaft schädigt.

Fahrzeugbatterien mit sorg­fältig ausgewählten Zellen

Bei den Batterien, die entweder in hybriden/elektrischen Fahrzeugen (HEV) oder voll elektrischen (EV) Fahrzeugen eingesetzt werden, werden die Batteriepakete üblicherweise vom Hersteller nach der Kapazität und Innenwiderstand sortiert, um Unausgewogenheiten von Zelle zu Zelle zu reduzieren, in jedem Los, das an die Kunden ausgeliefert wird. Die Fahrzeugbatteriepakete werden dann mit sorgfältig ausgewählten Batterien aufgebaut, um die Anpassung von Zelle zu Zelle im Batteriepaket insgesamt zu verbessern.

Dies sollte theoretisch bei der Entwicklung der Batteriepakete große Ungleichgewichte vermeiden, aber trotzdem, wenn man ein großes Batteriepaket aufbaut, ist sowohl die Batterieüberwachung als auch das Ausbalancieren erforderlich, um eine hohe Kapazität der Batterie über die gesamte Lebenszeit des Batteriepakets beizubehalten. Deswegen sind die neuen Batteriemanagementsystem-Produkte (BMS) von Linear Technology bekannt geworden und derzeit eines von nur wenigen BMS-Produkten, die bereits auf der Straße in Automobilen und Bussen eingesetzt werden.

Sekundärer 48-V-Bus ergänzt das 12-V-System

Darüber hinaus sind Batterien nicht mehr länger nur etwas für HEVs oder EVs. Der erst kürzlich vorgeschlagene Automobil-Standard LV148 kombiniert einen sekundären 48-V-Bus mit dem in Automobilen existierenden 12-V-System in einigen 2017-Modellen. Der 48-V-Spannungspegel enthält einen integrierten Starter-Generator (ISG) oder riemengetriebenen Startergenerator, eine 48-V-Lithium-Ionen-Batterie und einen bidirektionalen DC/DC-Wandler für die Bereitstellung von bis zu 20 kW verfügbare Leistung aus den kombinierten 48-V- und 12-V-Batterien. Diese Technologie ist sowohl für konventionelle Automobile mit Verbrennungsmotoren als auch für hybride elektrische und „milde“ hybride Fahrzeuge ausgelegt, da die Automobilhersteller bestrebt sind, die immer strengeren CO2-Emissionsgrenzwerte einzuhalten.

Für diesen neuen Standard wird der 12-V-Bus weiterhin die Zündung, die Beleuchtung, das Infotainment- und die Audio-Systeme versorgen. Das 48-V-System wird hingegen aktive Chassis-Systeme, die Kompressoren der Klimaanlage, einstellbare Federungen und elektrische Kompressoren/Turbolader versorgen und auch das regenerative Bremsen unterstützen. Die Entscheidung, einen zusätzlichen 48-V-Bus einzusetzen, der bald für viele Modelle in Serie verfügbar sein wird, kann auch den Anlasser des Motors unterstützen, was den Start-/Stopp-Betrieb sanfter machen würde.

Darüber hinaus bedeutet die höhere Spannung, dass kleinere Kabelquerschnitte benötigt werden, die das Gewicht und die Ausmaße der Kabel verringern. Heutige Oberklasse-Automobile können bis zu 4 km Verkabelung beinhalten. Fahrzeuge werden mehr zu PCs und kreieren das Potenzial für eine Menge an Plug-and-Play-Geräten. Im Durchschnitt verbringen Pendler 9% ihres Tages in einem Automobil. Deshalb kann die Integration von Multimedia und Telematik in die Fahrzeuge potenziell die Produktivität steigern und auch zusätzliche Unterhaltung bieten.

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