Bordnetz

Als Bordnetz wird die Gesamtheit aller elektrischen Komponenten in Fahrzeugen, wie Automobilen, Flugzeugen, Schiffen und bei der Eisenbahn bezeichnet. Der Begriff Bordnetz wird allgemein bei fast allen Fahrzeugen genutzt. Das Bordnetz ist für die Stromversorgung (Energiebordnetz) und den Informationsfluss zwischen Komponenten und Steuergeräten (Kommunikationsbordnetz) zuständig.

Der Begriff Bordnetzspannung wird synonym für die elektrische Spannung bzw. die Nennspannung an Bord von Fahrzeugen verwendet.

Zu den elektrischen Komponenten eines Bordnetzes zählen u. a.:

Verkabelung und Bordspannungssteckdosen
Steuergeräte
Sensoren
Anzeigeelemente, z. B. Warn- und Kontrollleuchten, Displays
Aktoren, z. B. Elektromotoren, Leuchten und Beleuchtungssysteme
Bussysteme
Energiespeicher wie z. B. Batterien und Akkumulatoren.
Generatoren
Komfort-Einstellungen wie z. B. Elektrische Sitzverstellung

Übliche Spannungen

In der nachfolgenden Tabelle sind Nennspannungen von unterschiedlichen Bordnetzen angegeben. Wird eine Batterie über das Bordnetz geladen, liegt die tatsächliche Spannung über der Nennspannung, z. B. bis zu 14,4 V beim Pkw-Bordnetz mit 12-V-Batterie. Die Einspeisungen erfolgen typischerweise mittels Akkumulatoren und Generatoren, welche von den jeweiligen Anwendung abhängen: Vorlage:Hinweisbaustein

Anwendung	Nennspannung [V]	Gleich- (DC) oder Wechselspannung (AC)
USB-Lade-/Versorgungsspannung auf E-Bike, im Kfz, in Bahn und Fernbus	5	DC
USB-Lade-/Versorgungsspannung Typ USB-PD (Power Delivery)	5, 9, 12, 15, 20 (zwischen den Geräten verhandelt)<ref>USB-PD – USB Power Delivery elektronik-kompendium.de, abgerufen am 22. Dezember 2019.</ref>	DC
USB-Lade-/Versorgungsspannung Typ PPS (Programmable Power Supply (USB-PD Version 3.0))	5–20 (zwischen den Geräten verhandelt)<ref>USB-PD – USB Power Delivery elektronik-kompendium.de, abgerufen am 22. Dezember 2019.</ref>	DC
Fahrrad mit Speisung der Beleuchtung aus einem Dynamo	6	AC
Elektrofahrrad, Antriebsakku	24 (alt), 36, 48 V Nennspannung<ref>Spannung von Akku pedelecforum.de, Beiträge 13.–14. Juli 2013, abgerufen am 22. Dezember 2019.</ref>	DC
Hover-, Balanceboards	36<ref>Akku passend für Hoverboard 36 Volt Gyropode Hoverboards, Viron, Razor, Caterpillar, 4400mAh, 10S2P/22P-SL088 …</ref>, 53,4<ref>Zubehör und Ersatzteile für Ninebot Mini Pro 320 und 260 / Street ninebot-shop.at, abgerufen am 22. Dezember 2019.</ref>, 73,6<ref>Segway PT Akku ptpro.de, abgerufen am 22. Dezember 2019.</ref>	DC
Historische Pkw und Motorräder (Baujahr bis 1970er)	6	DC
Personenkraftwagen (Pkw), kleine Boote, moderne Motorräder	12	DC
Lastkraftwagen (Lkw) und Busse	24 (USA oft 12)	DC
Flugzeuge	28	DC
Gabelstapler	{{#iferror: {{#iferror:{{#invoke:Vorlage:FormatDate\|Execute}}\|Vorlage:FormatDate/Wartung/Error}}\| \|}}}}{{#if:Still\|Still: }}{{#if:\|{{#if:Datenblatt Stapler\|[{{#invoke:Vorlage:Internetquelle\|archivURL\|1={{#invoke:URLutil\|getNormalized\|1={{{archiv-url}}}}}}} {{#invoke:Vorlage:Internetquelle\|TitelFormat\|titel=Datenblatt Stapler}}]{{#if:PDF\| (PDF)}}{{#if:\| {{{titelerg}}}{{#invoke:Vorlage:Internetquelle\|Endpunkt\|titel={{{titelerg}}}}}}}}}\|{{#if:https://data.still.de/assets/products/Vehicles/Diesel_And_LP_Gas_Forklift_Trucks/RX_70_16-20/pdfs/RX_70_16_20_DE_2016_TD_web.pdf?mod=1508492099&download=1&s=714c4c8e788b6f4fcfd5993aa8b717d0%7C{{#if:{{#invoke:TemplUtl%7Cfaculty%7Cja}}%7C{{#invoke:Vorlage:Internetquelle%7CTitelFormat%7Ctitel={{#invoke:WLink%7CgetEscapedTitle%7C1=Datenblatt Stapler}}}}\|[{{#invoke:URLutil\|getNormalized\|1=https://data.still.de/assets/products/Vehicles/Diesel_And_LP_Gas_Forklift_Trucks/RX_70_16-20/pdfs/RX_70_16_20_DE_2016_TD_web.pdf?mod=1508492099&download=1&s=714c4c8e788b6f4fcfd5993aa8b717d0}} {{#invoke:Vorlage:Internetquelle\|TitelFormat\|titel={{#invoke:WLink\|getEscapedTitle\|1=Datenblatt Stapler}}}}]}}{{#if:PDF\| (PDF{{#if:jaStihl Webseite{{#if: 2018-05-07 \| {{#if:{{#invoke:TemplUtl\|faculty\|}}	1}}}}	)	de	1}}}}\| ;	{{{titelerg}}}{{#invoke:Vorlage:Internetquelle\|Endpunkt\|titel={{{titelerg}}}}}}}}}}}{{#if:https://data.still.de/assets/products/Vehicles/Diesel_And_LP_Gas_Forklift_Trucks/RX_70_16-20/pdfs/RX_70_16_20_DE_2016_TD_web.pdf?mod=1508492099&download=1&s=714c4c8e788b6f4fcfd5993aa8b717d0%7C{{#if:{{#invoke:URLutil%7CisResourceURL%7C1=https://data.still.de/assets/products/Vehicles/Diesel_And_LP_Gas_Forklift_Trucks/RX_70_16-20/pdfs/RX_70_16_20_DE_2016_TD_web.pdf?mod=1508492099&download=1&s=714c4c8e788b6f4fcfd5993aa8b717d0}}	URL ungültig}}}}{{#if:Datenblatt Stapler\|{{#if:{{#invoke:WLink\|isValidLinktext\|1=Datenblatt Stapler\|lines=0}}	Linktext ungültig}}}}{{#if: Stihl Webseite\| In: {{#invoke:Vorlage:Internetquelle\|TitelFormat\|titel=Stihl Webseite}}}}{{#if: \| {{{hrsg}}}{{#if: \|,\|{{#if: 2018-05-07 \| {{#if:{{#invoke:TemplUtl\|faculty\|}}\|;\|,}}}}}}}}{{#if: \| {{#if:{{#invoke:DateTime\|format\|{{{datum}}}\|noerror=1}}	format\|{{{datum}}}\|T._Monat JJJJ}}	failure\|1=Fehler bei Vorlage:Internetquelle, `datum={{{datum}}}`\|class=Zitationswartung}} }}{{#if: \|,\|{{#if: 2018-05-07 \| {{#if:{{#invoke:TemplUtl\|faculty\|}}\|;\|,}}}}}}}}{{#if: \| S. {{{seiten}}}{{#if: \|,\|{{#if: 2018-05-07 \| {{#if:{{#invoke:TemplUtl\|faculty\|}}\|;\|,}}}}}}}}{{#if: {{#invoke:TemplUtl\|faculty\|ja}}\| {{#if:\|{{#if:\|archiviert\|ehemals}}\|{{#if:\|Archiviert\|Ehemals}}}} {{#if:\|vom\|im}} Vorlage:Referrer{{#if:{{#invoke:TemplUtl\|faculty\|ja}}\| (nicht mehr online verfügbar)}}{{#if: \| am {{#iferror: {{#iferror:{{#invoke:Vorlage:FormatDate\|Execute}}\|Vorlage:FormatDate/Wartung/Error}}\|{{{archiv-datum}}}{{#if:96317	;}}}}{{#if: 2018-05-07\| {{#if:{{#invoke:TemplUtl\|faculty\|ja}}\|abgerufen\|Abgerufen}} {{#switch: {{#invoke:Str\|len\| {{#invoke:DateTime\|format\| 2018-05-07 \|ISO\|noerror=1}} }}	4=im Jahr	7=im	10=am	failure\|1=Fehler bei Vorlage:Internetquelle, `abruf=2018-05-07`\|class=Zitationswartung}} }} {{#invoke:DateTime\|format\|2018-05-07\|T._Monat JJJJ}}	failure\|1=Vorlage:Internetquelle \| `abruf=`2026-MM-TT ist Pflichtparameter}} }}{{#if:{{#ifeq:de\|de	1}}}}\|{{#if:jaStihl Webseite{{#if: 2018-05-07 \| {{#if:{{#invoke:TemplUtl\|faculty\|}}	1}}}}	(	\| (}} }}{{#ifeq:{{#if:de\|de\|de}}\|de\|\| {{#invoke:Multilingual\|format\|{{{sprache}}}\|slang=!\|split=[%s,]+\|shift=m\|separator=, }}}}{{#if: \|{{#ifeq:{{#if:de\|de\|de}}\|de\|\|, }}{{{kommentar}}}}})}}{{#if: {{#if: 2018-05-07 \| {{#if:{{#invoke:TemplUtl\|faculty\|}}\|\|1}} }}\|{{#if: \|: {{ #if:	„{{ #ifeq: {{#if:{{#if: {{#invoke:templutl\|faculty\|}}\|de-ch\|de}}\|{{#if: {{#invoke:templutl\|faculty\|}}\|de-ch\|de}}\|de}} \| de	Vorlage:Str trim	flat}} }}“	faculty\|}}\|de-ch\|de}}\|{{#if: {{#invoke:templutl\|faculty\|}}\|de-ch\|de}}\|de}} \| de	„Vorlage:Str trim“	quote	1={{#if:	flat}}	flat}} }}	faculty\|}}\|de-CH\|de}}	3=1}} }} }}{{#if:	: }}{{#if: \| , deutsch: „“ }})	{{#if:	, deutsch: „“ }})	(deutsch: „“) }} }} }}{{#if: {{{zitat}}}	{{#if:	{{#if: {{{zitat}}}	Vorlage:": `Text=` und `1=` gleichzeitig, bzw. 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In den 1990ern konzipiert für Pkw, Lkw und Busse	42	DC
Als zweites Bordnetz für Pkw, insbes. Hybridkraftfahrzeuge<ref name="huerth-2011-07-15"><templatestyles src="Webarchiv/styles.css" />{{#if:20120424114144	*	Vorlage:Webarchiv/Wartung/Stern{{#if: Deutsche Autohersteller setzen mit „Ludwigsburger Erklärung“ Standards \| {{#invoke:WLink\|getEscapedTitle\|Deutsche Autohersteller setzen mit „Ludwigsburger Erklärung“ Standards}} \| {{#invoke:Webarchiv\|getdomain\|http://www.huethig.de/2011/07/15/deutsche-autohersteller-setzen-mit-%E2%80%9Eludwigsburger-erklarung%E2%80%9C-standards}} }} (Archivversionen)	20120424114144}}	{{#if:	}}Vorlage:Webarchiv/Wartung/DatumDer Wert des Parameters `{{#if: wayback \| wayback \| Datum }}` muss ein gültiger Zeitstempel der Form YYYYMMDDHHMMSS sein!	{{#invoke:WLink\|getEscapedTitle\|Deutsche Autohersteller setzen mit „Ludwigsburger Erklärung“ Standards}} \| {{#invoke:Webarchiv\|getdomain\|http://www.huethig.de/2011/07/15/deutsche-autohersteller-setzen-mit-%E2%80%9Eludwigsburger-erklarung%E2%80%9C-standards}} }}] {{#ifeq: \| [] \| [ \| ( }}Memento{{#if: {{#if: \| {{{archiv-bot}}} \| }} \| des Vorlage:Referrer }} vom {{#time: j. 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TWIKE, Leicht-E-Fahrzeug	336<ref>Der Akku twike-center-ruhrgebiet.de, abgerufen am 22. Dezember 2019.</ref>	DC
Hochvolt-Bordnetz für Elektrofahrzeuge bis ca. 2019	380–420	DC
Schienenfahrzeuge (Akkuspannung)	110	DC
Internationale Raumstation (ISS)	124, 28	DC
Größere Flugzeuge	115/200	AC (Dreiphasen), 400 Hz
Sportboote (Motorboote, Segelschiffe)	12 oder 24	DC
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Raumfahrt – Apollo-13-Versorgungsmodul (1970)	28	DC
Raumfahrt – Apollo-13-Startrampe	65	DC

Größere Schiffe mit Bordnetzleistungen von über rund 5 MVA weisen eine zusätzliche Mittelspannungsebene von 6,6 kV bis 11 kV auf.

48-Volt-Bordnetz im Automobil

Mit dem 12-V-Bordnetz kann der Stromverbrauch, den moderne Kraftfahrzeuge für ihre Komfortsysteme benötigen, kaum mehr gedeckt werden. Die „statischen“ Verbraucher lasten die Lichtmaschine, die bis zu 3 kW Leistung aufbringt, insbesondere bei niedrigen Temperaturen komplett aus.<ref>Noch mehr Kraft und Effizienz – die neue 48-Volt-Technologie von Audi Audi Media Center, 25. August 2014.</ref> Für zusätzliche dynamische Verbraucher, wie zum Beispiel leistungsstarke elektrisch angetriebene Verdichter, reicht die Batterieleistung nicht aus.<ref>Elektrischer Biturbo</ref>

Daher wurde Ende der 1990er-Jahre der Vorschlag gemacht, ein 14-V/42-V-Bordnetz in Kraftfahrzeuge einzubauen.<ref name="Hauenstein-2013">{{#if:|{{#iferror: {{#iferror:{{#invoke:Vorlage:FormatDate|Execute}}|Vorlage:FormatDate/Wartung/Error}}| |}}}}{{#if:Henning M. Hauenstein|Henning M. Hauenstein: }}{{#if:|{{#if:Evolution der Bordnetzarchitektur durch 48-V-Versorgungsbus|[{{#invoke:Vorlage:Internetquelle|archivURL|1={{#invoke:URLutil|getNormalized|1={{{archiv-url}}}}}}} {{#invoke:Vorlage:Internetquelle|TitelFormat|titel=Evolution der Bordnetzarchitektur durch 48-V-Versorgungsbus}}]{{#if:| ({{{format}}})}}{{#if:| {{{titelerg}}}{{#invoke:Vorlage:Internetquelle|Endpunkt|titel={{{titelerg}}}}}}}}}|{{#if:https://www.elektroniknet.de/automotive/evolution-der-bordnetzarchitektur-durch-48-v-versorgungsbus.99211.html%7C{{#if:{{#invoke:TemplUtl%7Cfaculty%7C}}%7C{{#invoke:Vorlage:Internetquelle%7CTitelFormat%7Ctitel={{#invoke:WLink%7CgetEscapedTitle%7C1=Evolution der Bordnetzarchitektur durch 48-V-Versorgungsbus}}}}|[{{#invoke:URLutil|getNormalized|1=https://www.elektroniknet.de/automotive/evolution-der-bordnetzarchitektur-durch-48-v-versorgungsbus.99211.html}} {{#invoke:Vorlage:Internetquelle|TitelFormat|titel={{#invoke:WLink|getEscapedTitle|1=Evolution der Bordnetzarchitektur durch 48-V-Versorgungsbus}}}}]}}{{#if:| ({{{format}}}{{#if:elektroniknet.deWEKA Fachmedien GmbH2013-07-09{{#if: 2015-12-21 | {{#if:{{#invoke:TemplUtl|faculty|}}||1}}}}

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Stattdessen wurde von deutschen Automobilherstellern seit 2010 die Lösung favorisiert, ein zweites Teilbordnetz mit einer Spannung von 48 V vorzusehen, welches das 12-V-Netz ergänzt.<ref name="Vollmer-2011" /> Erste Serienanwendungen von 48-V-Bordnetzkomponenten sind seit 2016 der Betrieb des elektrischen Verdichters und die elektromechanische Wankstabilisierung im Audi SQ7 4.0 TDI sowie Bentley Bentayga. Beide basieren auf der gleichen Plattform.

Tesla entwickelte für den Cybertruck (2023) ein 48-V-Bordnetz, unter anderem um die Stellmotoren des Drive-by-Wire-Systems effektiv zu betreiben und veröffentlichte die Spezifikation.<ref>{{#if:Vorlage:Cite book/URL|{{#iferror: {{#iferror:{{#invoke:Vorlage:FormatDate|Execute}}|Vorlage:FormatDate/Wartung/Error}}| |}}}}{{#if:{{#if:

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Hochvolt-Bordnetz im Automobil

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Bei Elektroautos spätestens ab dem Tesla Roadster (2008) begann man die Lithium-Ionen-Akkumulator-Antriebsbatterien durch Reihenschaltung von 90 bis 100 Zellen mit Gesamtnennspannungen in der Größenordnung von 360 Volt auszulegen, mit Ladeschlussspannungen um 400 V, was ungefähr dem dreiphasigen 400 Volt Drehstrom entspricht, wofür es viele Komponenten und Erfahrungen gibt. Mit solchen Hochvolt-Gleichspannungs-Bordnetzen der Größenklasse 400 Volt fließen innerhalb von leistungsstarken E-Autos, etwa Tesla Model S P85D von 2015, bei Leistungen um 500 Kilowatt weit über 1200 Ampere vom Akku zur Motorelektronik. Auch Klimakompressor, Heizung, Servolenkung werden meist mit HV betrieben, teils mit mehreren Kilowatt, die ein 12V-System nicht sinnvoll übertragen kann.

Die zugehörigen Schnellladenetz-Ladestationen waren in allen relevanten Gleichstrom-Systemen, CHAdeMO, Tesla Supercharger, Combined Charging System (CCS Version 1.0) zunächst auf eine Obergrenze von 500 Volt ausgelegt. Mit ungekühlten Kabeln und 200 Ampere Strom konnte damit ein 500V-Akku theoretisch mit bis zu 100 kW geladen werden, sofern dieser gerade 500 Volt Spannung hat und dennoch die volle Stromstärke aufnehmen kann. Real wurden bei 400 Volt mit kleinen Akkus wie im BMW i3 nur 40 kW abgerufen, bei Tesla mit größeren Akkus und kurzzeitig höheren Strömen auch um die 120 kW.

Bereits 2016 hat die CCS Version 2.0 die erlaubten Ströme in wassergekühlten Ladekabeln auf 500A erhöht, und das obere Ende des Spannungsbereiches auf 1000V erweitert. Die Nennleistungen dieser High Power Charger (HPC) reichen bis 500 kW, verbreitet sind inzwischen 300 oder 350 kW.

Fahrzeuge dafür gab es zu der Zeit noch nicht, erst mit Porsche Taycan-Prototypen und den Serienfahrzeugen ab 2019 kamen Akkus mit deutlich höheren Spannungen in den Markt, man spricht der Einfachheit halber von der doppelten Größenordnung 800 Volt. Hier fließt bei gleichen Leistungen die halbe Stromstärke, bei 500 Kilowatt „nur“ 600 Ampere vom Akku zur Motorelektronik. Schnellladen konnte der Taycan mit zunächst bis zu 270 kW, später über 300 kW, allerdings nur bei Ladeständen unter 50 % SOC, etwa 700 V und 400 A und 280 kW. Auch die Modelle der Fahrzeug-Plattformen Hyundai GMP liegen deutlich über 500 Volt und werden mit 800 Volt bezeichnet, ebenso der Lucid Air mit über 900 V.

Eine Herausforderung für 800-V-Fahrzeuge ist es, an älteren Ladestationen mit max. 500 V zu laden, zumal das Tesla-Supercharger-Netz sich auch im Jahr 2025 noch darauf beschränkt und in den USA weitgehend konkurrenzlos verbreitet und verfügbar ist. Einige Fahrzeuge haben dafür Aufwärtswandler eingebaut, andere schalten den Akkus in zwei Hälften, manche verzichten bewusst auf diese Rückwärtskompatibilität.

Literatur

Konrad Reif (Hrsg.): Bosch-Autoelektrik und -Autoelektronik: Bordnetze, Sensoren und elektronische Systeme. 6. vollständig überarbeitete und erweiterte Auflage. Vieweg-Teubner, Wiesbaden 2011, ISBN 978-3-8348-1274-2.
Klaus Heuck, Klaus-Dieter Dettmann und Detlef Schulz: Elektrische Energieversorgung: Erzeugung, Übertragung und Verteilung elektrischer Energie für Studium und Praxis. 8. Auflage. Vieweg-Teubner, Wiesbaden 2007, ISBN 978-3-8348-0736-6, Kapitel Aufbau und Funktion von Bordnetzen.

Weblinks

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Einzelnachweise