"Herr Kallenbach, was tun wir gegen die Energiekrise an Bord?"

Intelligentes Energiemanagement ist mehr als Mangelverwaltung. Wie durch permanente Optimierung von Stromerzeugung, -speicherung und -verbrauch immer mehr elektrische Verbraucher im Automobil betrieben werden können, diskutierte die ATZ mit Dr. Rainer Kallenbach, im Bereichsvorstand der Bosch-Sparte Automobilelektronik verantwortlich für den Vertrieb und die Produktlinien Bordnetz, Fahrerassistenz und Rückhaltesysteme.

Herr Kallenbach, muss der Autofahrer künftig Angst haben, dass das Bordnetz in die Knie geht, wenn er den Schalter für die Heckscheibenheizung betätigt?
Angst ist immer ein schlechter Ratgeber, Vorsorge ist besser: Autobatterien haben nun mal eine endliche Lebensdauer. Die Statistik des ADAC besagt, dass gut ein Fünftel aller Liegenbleiber auf Batterieausfälle zurückgehen. Dies ließe sich vermeiden, wenn der bevorstehende Ausfall rechtzeitig zu erkennen wäre.

Deshalb haben Sie einen Batteriesensor entwickelt?
Die Energiespeicherung ist neben der Erzeugung und dem Verbrauch elektrischen Stroms der dritte wichtige Faktor beim Thema Energiemanagement. Innerhalb dieses Dreiklanges muss alles zusammenpassen. Die Fahrzeughersteller achten heute alle sehr darauf, Strombedarf und -angebot - auch im Ruhezustand des Autos - so auszulegen, dass ein störungsfreier Betrieb möglich ist. Die Batteriezustandserkennung wird dabei an Bedeutung zunehmen.

Lassen Sie uns aber zunächst bei der Stromerzeugung beginnen: Die Leistungsfähigkeit des Generators ist ja durch den zur Verfügung stehenden Bauraum limitiert.
Wir haben einen Langzeittrend zu immer höheren Bordnetzleistungen. Dies spiegelt sich auch in der kontinuierlich steigenden Stromabgabefähigkeit der Generatoren wider. Vor 25 Jahren waren 75-Ampere-Generatoren sogar für ein Mittelklassefahrzeug ausreichend. Heute sind wir im Bereich von 120 bis 140, in der Spitze bei 200 Ampere. Entscheidender ist allerdings die Stromabgabefähigkeit bei niedrigen Drehzahlen - auch hier gab es kontinuierliche Verbesserungen.

Das heißt, eine Umstellung auf 42-Volt-Bordnetze ist endgültig vom Tisch, weil durch bessere Generatoren und intelligentes Management unnötig?
Man kann jeden Euro nur einmal ausgeben. Lösungen, die sich am Markt durchsetzen, orientieren sich auch an wirtschaftlichen Notwendigkeiten. 42-Volt-Bordnetze bedeuten, zumal wenn zwei Spannungsebenen vorhanden sind, einen sehr großen Aufwand: eine zusätzliche Batterie, einen DC/DC-Wandler plus einen erheblichen Aufwand für die Umstellung der Komponenten. Günstiger ist es, das 14-Volt-Bordnetz und dessen Komponenten zu optimieren.

Nun gibt es ja aber Hybridfahrzeuge, die mit zwei Spannungsebenen arbeiten und die ohnehin immer mehr als genug elektrische Energie erzeugen.
Das ist ein anderer Ansatz, denn hier will man die elektrische Energie ja auch für den Fahrbetrieb nutzen. Daher gewinnt das elektrische Energiemanagement hier eine besondere Bedeutung.

Energiemanagement - welche konkreten Produkte verbergen sich dahinter?
Zunächst brauchen wir intelligente Sensoren, um den Regler mit den notwendigen Informationen zu versorgen. Immer wichtiger wird der schon erwähnte elektronische Batteriesensor. Er erfasst nicht nur die Spannung, sondern auch die Stromstärke. Über eine eingebaute Elektronik kann er den Ladezustand der Batterie rückrechnen - und das Kapazitätsverhalten der Batterie beobachten. Wir wissen also, wo die Batterie innerhalb ihres Lebenszyklus steht und können so den Fahrer rechtzeitig auf den notwendigen Austausch hinweisen.
Darüber hinaus liefern wir für geregelte Bordnetze neben dem Batteriesensor einen Generator mit LIN-Schnittstelle sowie ein Steuergerät, das nicht nur die Batterieüberwachung regelt, sondern auch abschaltbare Verbraucher steuert. Denn bei einem kurzfristigen Energiemangel bietet es sich an, weniger wichtige Hochleistungsverbraucher temporär abzuschalten. So sind die Heckscheiben- oder die Sitzheizung thermisch so träge, dass ein Ausschalten für einige Sekunden gar nicht auffällt.

Die meisten OEMs versuchen aber, die Anzahl der ECUs einzudämmen ...
Dieser Trend besteht ganz klar. Die ersten Anwendungen, die bis zu zehn Jahre zurückreichen, setzten noch auf separate Steuergeräte. Es ist aber - vor allem in Verbindung mit intelligenten Sensoren wie unserem Batteriesensor - möglich, die Software auch in einem Domänencontroller ablaufen zu lassen. Hier gibt es unterschiedliche Philosophien, wobei wir einen Trend zum Karosseriesteuergerät beobachten, weil dort auch die Verbrauchersteuerung erfolgt.

Wie entwickelt sich denn der Markt für Bordnetze mit intelligenter Batteriesensierung?
Momentan kommen solche Konzepte vor allem bei hochwertig ausgestatteten Oberklassefahrzeugen zum Einsatz. Doch allmählich wird die Technik auch in die Mittelklasse diffundieren. Meiner Einschätzung nach wird diese Entwicklung durch den Zwang zur Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs bestimmt. Durchsetzen werden sich dabei vor allem elektrische Komponenten und Systeme wie die elektrische Servolenkung oder die elektrisch angetriebene Wasserpumpe. Diese Elektrifizierung bietet einen Wirkungsgradvorteil für das Gesamtfahrzeug.
Als zunehmenden Trend sehen wir auch Personenwagen mit Start-Stopp-Funktion. Hier ist die Herausforderung, dass wir sicherstellen müssen, dass der Motor nach dem Stopp auch immer wieder gestartet werden kann. Es gilt also, den Batteriezustand zu überwachen und die Start-Stopp-Funktion bei zu geringer Batteriekapazität auszusetzen. Beispielsweise dann, wenn im Winter nach wiederholtem Kaltstart und anschließender Kurzstreckenfahrt die Ladung der Batterie absinkt.

Für alle Fahrzeuge macht es ja aber Sinn, den Energiehunger der Verbraucher zu minimieren. Was sind hier die wichtigsten Neuentwicklungen?
Einen ganz wesentlichen Faktor stellen die Elektromotoren dar, denn kleinere Motoren der modernen Bauart bedeuten nicht nur weniger Gewicht und Bauraum, sondern in der Regel auch weniger Energiebedarf. Bei der Elektronik kommen moderne Halbleiter-Bausteine mit minimierter Leistungsaufnahme zum Einsatz, gleichzeitig können intelligente Regelungen auch hier einen Beitrag leisten, den Verbrauch zu reduzieren. Immer mehr Funktionalität, immer mehr Rechenleistung mit immer weniger Verlustwärme und günstigem Stromverbrauch zu realisieren, ist die Aufgabe aller Elektroniker - den Trend erkennen wir auch bei Geräten des alltäglichen Lebens: beim Laptop oder beim Mobiltelefon. Und natürlich gilt das ebenso als Aufgabenstellung für uns Automobilelektroniker.

Herr Kallenbach, Ihnen herzlichen Dank für das Gespräch.

Zur Person:
Dr. Rainer Kallenbach begann 1987 direkt nach seinem Studium der Technischen Kybernetik an der Universität Stuttgart bei der Robert Bosch GmbH. Im Lauf seiner Karriere nahm er sowohl Aufgaben in der Entwicklung und im Vertrieb wahr. Als Entwicklungsleiter von Bosch in Mexiko trug er maßgeblich zum Ausbau des US-Geschäfts mit rotierender Elektrik bei. 2003 erfolgte die Berufung in den Bereichsvorstand der Bosch Automobilelektronik. Seit Beginn des Jahres 2007 verantwortet er dort neben dem Vertrieb die Produktlinien Bordnetzelektronik, Fahrerassistenz und Rückhaltesysteme.

Autor(en): Johannes Winterhagen

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