DC/DC-Wandler für E-Mobility und Fahrzeugtechnik: Bordnetze, Ladewandler und E-Zulassung
DC/DC-Wandler in Elektrofahrzeugen versorgen das 12-V-Bordnetz aus dem Traktionsnetz, laden Batteriesysteme und halten die Versorgungsspannung stabil, wenn das Bordnetz schwankt. Gerade bei Nutzfahrzeugen reichen die Anforderungen weit über die reine Spannungswandlung hinaus. Unterschiedliche 24-, 48- und 60-V-Fahrzeugplattformen sollen möglichst mit wenigen Wandlervarianten abgedeckt werden, gleichzeitig muss die elektromagnetische Verträglichkeit im fertigen Fahrzeug gewährleistet sein. Unsere Wandler decken deshalb Eingangsspannungsbereiche von 17 bis 70 VDC mit einer Geräteplattform ab, erreichen bis zu 96 % Wirkungsgrad ohne Leistungsderating und sind auf Wunsch nach UNECE-Regelung R10 für den Strassenverkehr zugelassen.
Varianten, EMV und ein Bordnetz, das nichts verzeiht
Fahrzeugbordnetze sind elektrisch unfreundliche Umgebungen. Beim Anlassen bricht die Spannung ein, Lichtmaschine und Traktionsumrichter erzeugen Störungen, abgeschaltete Induktivitäten bringen Transienten. Dazu Vibration, Schock, Staub, Feuchtigkeit und Temperaturen zwischen Wüstensommer und arktischem Winter.
Zwei Probleme wiegen dabei schwerer als die reine Technik:
Variantenvielfalt. Nutzfahrzeugflotten sind selten homogen: Wer 24-V-, 48-V- und 60-V-Plattformen baut, braucht mit schmalbandigen Wandlern für jede eine eigene Variante – jede mit eigener Teilenummer, eigener Freigabe, eigener Ersatzteilhaltung und eigenem Beschaffungsprozess. Diese Kosten entstehen nicht im Einkaufspreis, sondern in der Organisation dahinter.
EMV-Nachweis am Gesamtfahrzeug. In einem Elektrofahrzeug sitzt der DC/DC-Wandler neben Leistungselektronik, die im Kilohertzbereich hohe Ströme schaltet. Nachgewiesen werden muss die elektromagnetische Verträglichkeit aber am fertigen Fahrzeug. Fällt es durch, beginnt die Fehlersuche: Quelle eingrenzen, umbauen, neu messen – Wochen im Projektplan, kurz vor Serienstart. Eine Komponente, die diesen Nachweis bereits mitbringt, reduziert den Aufwand bei der Fehlersuche – eine mögliche Störquelle ist bereits geprüft.
Ein Wandler für 24-, 48- und 60-V-Bordnetze – E-Fahrzeuge im urbanen Einsatz
Ein Hersteller elektrischer Reinigungs- und Kommunalfahrzeuge für den urbanen Raum setzt unseren 162E-13.8-ON ein, um die 12-V-Ebene des Fahrzeugs aus dem Traktionsnetz zu versorgen – unter anderem die Bordsteckdosen, an denen im Einsatz Zusatzgeräte angeschlossen werden.
Das ist elektrisch anspruchsvoller, als es klingt. In einem reinen Elektrofahrzeug gibt es keine Lichtmaschine: Der DC/DC-Wandler übernimmt deren Rolle und ist die einzige Nachladequelle der 12-V-Ebene – die 12-V-Batterie puffert, geladen wird sie allein durch ihn. Und die Bordsteckdose ist der einzige Punkt im Fahrzeug, an dem der Hersteller nicht festlegen kann, was angeschlossen wird – Arbeitsscheinwerfer, Telematik, Ladegeräte, Bediengeräte. Der Wandler muss deshalb dauerhaft die volle Leistung liefern können und kurzschlussfest bleiben, auch wenn ein fehlerhaftes Zusatzgerät angesteckt wird. Mit 13,8 VDC bei bis zu 20,0 A und 275 W ist entsprechende Reserve vorhanden.
Der Wandler arbeitet über einen Eingangsbereich von 17 bis 70 VDC. Damit deckt ein einziges Gerät 24-V-, 48-V- und 60-V-Bordnetze ab – der Hersteller pflegt eine Teilenummer statt dreier Varianten, durchläuft eine Freigabe statt dreier und hält ein Ersatzteil im Servicelager statt dreier.
Die 13,8 V sind dabei kein Zufallswert: Sie entsprechen der Erhaltungsladespannung einer Blei-Bordbatterie. Der Wandler versorgt also nicht nur die 12-V-Verbraucher, sondern hält gleichzeitig die Bordbatterie geladen – ein zweites Bauteil entfällt.
Mit bis zu 96 % Wirkungsgrad entsteht wenig Verlustwärme, die über das Gehäuse abgeführt wird. Moderne Halbleiter und die direkte Wärmeabführung erlauben eine hohe Leistungsdichte in kompakter, hochintegrierter Bauform – ohne Lüfter, ohne bewegte Teile.
Arbeitsbühne im LKW: Batterieladung aus der Lichtmaschine mit E-Zulassung nach ECE R10
Ein Hersteller von LKW-Arbeitsbühnen versorgt seine Hubarbeitsbühne aus einem eigenen Batteriesystem – unabhängig vom Bordnetz des Fahrzeugs. Die Aufgabe unseres 729-57-ON: dieses Batteriesystem während der Fahrt aus der Lichtmaschine nachladen.
Der Wandler erzeugt dafür aus dem Bordnetz eine Ladespannung von 57 VDC bei bis zu 450 W. Sein Eingangsbereich von 12 bis 32 VDC deckt sowohl 12-V-Anlagen als auch LKW-Lichtmaschinen mit 27,6 V ab. Am Einsatzort arbeitet die Bühne dann aus der geladenen Batterie.
CC/CV-Ladekennlinie. Der 729-57-ON ist ein echter Batterieladewandler, kein reines Netzteil: Er lädt mit konstantem Strom (CC), bis die Ladeschlussspannung erreicht ist, und geht dann in die Konstantspannungsphase (CV) über, in der der Ladestrom kontrolliert abklingt. Das ist die Voraussetzung, um ein Li-Ionen-Batteriesystem vollständig und schonend zu laden – und dafür, dass der Wandler an einer tief entladenen Batterie nicht in den Überlastschutz geht.
Die Systemarchitektur hat dabei einen praktischen Vorteil: Der Wandler muss nicht die Spitzenleistung der Hubarbeitsbühne liefern, sondern nur die verbrauchte Energie nachführen. Die Batterie puffert die hohen, kurzzeitigen Lasten beim Heben. Der Ladewandler kann dadurch deutlich kleiner ausfallen, als es eine Direktversorgung erfordern würde – bei Abmessungen von 130 × 130 × 28 mm passt er auch in beengte Einbauräume.
D+-Kompatibilität. Das D+-Signal der Lichtmaschine meldet „Motor läuft“. Der Wandler lädt nur dann – die Starterbatterie des Fahrzeugs wird im Stand nicht leergesaugt, während die Bühne arbeitet. Über das integrierte ON-Steuersignal lässt sich das Laden zusätzlich aus der Fahrzeugsteuerung freigeben.
Galvanische Trennung. Sie entkoppelt das Batteriesystem der Arbeitsbühne elektrisch vom Fahrzeugbordnetz. Damit gibt es keine Ausgleichsströme über gemeinsame Massepfade und keine Rückwirkungen der Bühnensteuerung auf die Fahrzeugelektronik.
Betriebssicherheit. Der Wandler ist dauerhaft leerlauf- und kurzschlussfest. Reicht die Leistung nicht aus, lassen sich mehrere Geräte parallel betreiben.
E-Zulassung nach UNECE R10: geprüft, nicht behauptet
Der 729-57-ON ist für den Einsatz in Strassenfahrzeugen zugelassen – nach der UNECE-Regelung R10 zur elektromagnetischen Verträglichkeit in Fahrzeugen, Änderungsserie 05, erteilt unter der Prüfzeichen-Kennung E13. Die Regelung gilt in allen Vertragsstaaten des UNECE-Abkommens und damit deutlich über die EU hinaus.
Bemerkenswert dabei: Die Zulassung wurde zweimal erteilt – für beide kundenspezifischen Varianten des Ladewandlers, den 729-57-SD und den 729-57-ON. Das EMV-Ergebnis ist also kein einmaliger Glückstreffer eines einzelnen Musters, sondern ein wiederholbares Resultat der Bauweise – auch bei kundenspezifischer Anpassung.
Wie deutlich die Anforderungen erfüllt werden, zeigt die Störaussendungsmessung über den gesamten Bereich von 30 MHz bis 1 GHz: Breitband und Schmalband bestanden, die gemessenen Werte liegen durchgehend rund 30 dB unter den Grenzwerten der Regelung – das entspricht etwa einem Dreissigstel der zulässigen Feldstärke.
Für den Aufbauhersteller bedeutet das: Der eigene EMV-Nachweis für diese Komponente entfällt, und die Reserve zum Grenzwert bleibt für den Rest des Fahrzeugs erhalten.
48-V-Bordnetz für emissionsfreien Schwerlasttransport
Ein Hersteller von Schwerlasttransportsystemen setzt unseren 757UH-48-SD in vollelektrischen LKW und autonomen Transportfahrzeugen ein – Nutzfahrzeuge im Dauereinsatz, bei denen Stillstand direkt Geld kostet. Aus einem Eingangsbereich von 19 bis 110 VDC stellt der Wandler die stabile 48-V-Ebene mit bis zu 15,0 A bereit, aus der Steuerung, Sensorik und Nebenverbraucher versorgt werden. Der weite Eingangsbereich macht ihn unabhängig von der konkreten Traktionsspannung des Fahrzeugs.
Im batterieelektrischen Fahrzeug zählt jede Verlustleistung doppelt: Sie kostet unmittelbar Reichweite und erzeugt Wärme, die im dicht gepackten Bauraum zwischen Antriebskomponenten abgeführt werden muss. Auch hier gilt: Reicht die Leistung eines Geräts nicht aus, lassen sich mehrere parallel betreiben.
DC/DC-Wandler passend zu deinem Fahrzeugprojekt
Fahrzeuganwendungen unterscheiden sich hinsichtlich Bordspannung, Leistung, Batteriesystem, Ladefunktion, Bauraum, EMV und Umgebungsbedingungen. Wir prüfen deine Anwendung und zeigen dir, ob ein Seriengerät passt, eine bestehende Plattform angepasst werden kann oder eine kundenspezifische Entwicklung erforderlich ist.
FAQs
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Welche Anforderungen stellen Elektro- und Nutzfahrzeuge an DC/DC-Wandler?
DC/DC-Wandler müssen stark schwankende Bordspannungen verarbeiten und Steuerungen, Sensorik und Nebenverbraucher stabil versorgen. Gleichzeitig müssen sie mit Transienten, Vibrationen, Temperaturwechseln und hohen EMV-Anforderungen zurechtkommen. Bei Fahrzeugplattformen mit unterschiedlichen Bordspannungen ist zudem ein weiter Eingangsspannungsbereich von Vorteil.
Kann ein DC/DC-Wandler verschiedene 24-, 48- und 60-V-Fahrzeugplattformen abdecken?
Ja. Ein entsprechend ausgelegter Weitbereichswandler kann mehrere Fahrzeugplattformen mit demselben Gerät abdecken. Unser 162E-13.8-ON verarbeitet beispielsweise Eingangsspannungen von 17 bis 70 VDC und kann dadurch in 24-, 48- und 60-V-Bordnetzen eingesetzt werden.
Warum werden in Elektrofahrzeugen weiterhin 12-V-Bordnetze benötigt?
Auch Elektrofahrzeuge benötigen eine Niederspannungsebene für Steuerungen, Sensorik und zahlreiche Nebenverbraucher. Da keine klassische Lichtmaschine vorhanden ist, übernimmt der DC/DC-Wandler die Versorgung dieser 12-V-Ebene aus dem Traktionsnetz und kann gleichzeitig die Bordbatterie geladen halten.
Kann ein DC/DC-Wandler die Bordbatterie während der Fahrt laden?
Ja. Mit einer geeigneten Ladecharakteristik kann ein DC/DC-Wandler die Bordbatterie während des Betriebs geregelt laden. Bei einem unserer Ladewandler wird beispielsweise mit konstantem Strom geladen, bis die Ladeschlussspannung erreicht ist; anschliessend geht die Regelung in die Konstantspannungsphase über.
Was bedeutet eine Zulassung nach UNECE-Regelung R10 für einen DC/DC-Wandler?
Die UNECE-Regelung R10 definiert Anforderungen an die elektromagnetische Verträglichkeit elektrischer und elektronischer Komponenten in Fahrzeugen. Ein entsprechend zugelassener DC/DC-Wandler hat die vorgeschriebenen Prüfungen durchlaufen und bringt damit einen dokumentierten EMV-Nachweis für den Einsatz im Fahrzeug mit.
Warum ist ein hoher Wirkungsgrad bei elektrischen Nutzfahrzeugen besonders wichtig?
Jede Verlustleistung entzieht dem Batteriesystem Energie und wird gleichzeitig in Wärme umgewandelt. Ein hoher Wirkungsgrad schont deshalb die verfügbare Energie und reduziert die Wärmeentwicklung – besonders wichtig bei hohen Leistungen und begrenztem Bauraum.
Warum ist galvanische Trennung bei Fahrzeuganwendungen sinnvoll?
Eine galvanische Trennung entkoppelt unterschiedliche Stromkreise elektrisch voneinander. Bei der LKW-Arbeitsbühne trennt sie beispielsweise das Batteriesystem der Bühne vom Fahrzeugbordnetz. Dadurch werden gemeinsame Massepfade und Ausgleichsströme vermieden und Rückwirkungen auf die Fahrzeugelektronik reduziert.
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