Future Mobility – Was uns wirklich bewegt

V2X-Kommunikation durch Smart Connected Vehicles

Knight Rider der Zukunft - Lassen Sie Ihr Auto sprechen 

Die Vernetzung der Fahrzeuge mit ihrer Umgebung wird ein weiterer entscheidender Faktor auf dem Weg zu einer höheren Stufe des autonomen Fahrens sein - nicht nur für private Anwendungsfälle, sondern auch im Hinblick auf die Automatisierung des Gütertransports. Dies ebnet den Weg zu Verkehrssystemen, die noch optimierter und skalierbarer sind. Dies bedeutet ein höheres Maß an Sicherheit, Wirtschaftlichkeit und Nachhaltigkeit. Eine computergestützte Logik würde außerdem Staus, verspätete Lieferungen, plötzliche Zugausfälle und letztendlich Unfälle vermeiden.

Datenaustausch in Echtzeit 

Smart Driving bezieht sich in erster Linie auf autonomes Fahren, das das herkömmliche Fahrzeug zum mobilen Büro-, Lebens- und Erholungsraum macht. Der Grad der Einheitlichkeit eines Fahrzeugs wird auch im Kontext von Smart Cities von entscheidender Bedeutung sein. Anhand von Informationen aus der Umgebung entscheiden die Fahrzeuge selbstständig über Routing, Parken oder Wenden. Daher werden ständig Daten gesammelt, verarbeitet, ausgewertet und mit allen Arten von Smart-City-Anwendungen drahtlos und in Echtzeit ausgetauscht.

Konnektivität erfordert Zusammenarbeit 

Die Funktionsfähigkeit und Effizienz solcher vielschichtigen Fahrzeuge, Geräte und Infrastrukturen erfordert das Know-how einer Vielzahl von Anbietern. Dementsprechend arbeitet bei Rutronik erfahrenes Personal aus allen Produktbereichen wie Automotive Business Unit (ABU), Embedded & Wireless, Sensors, Power usw. eng zusammen, um zukunftsweisende Lösungen speziell für eine zuverlässige Konnektivität anbieten zu können.

Vorteile und Anwendungen 

• Eine Welt ohne Verkehrsunfälle
• Verkehrssteuerung in Echtzeit
• Höhere Effizienz (Routing, Logistik, reduzierte Fahrzeit)
• Sinkender Schadstoffausstoß
• Direkter Datenaustausch zwischen Fahrzeugen und Infrastruktur

Intelligente Beleuchtung: Adaptive Lichtsysteme für Fahrzeuge

Adaptive Lichtsysteme für Fahrzeuge

Die Umsetzung der ersten intelligenten Beleuchtungskonzepte ist für moderne Industrieanlagen, Wohngebäude oder Gemeinde längst keine Neuheit mehr. Die Vorteile in Bezug auf Effizienz und Sicherheit überzeugen sowohl kurzfristig als auch langfristig. Dementsprechend haben intelligente Leuchten auch Fahrzeuge erobert und passen sich an bestimmte Straßen-, Verkehrs- und Wetterbedingungen an.

Unfallfrei durch die Nacht 

Das Streben nach mehr Sicherheit im nächtlichen Straßenverkehr lässt sich nicht einfach mit „mehr Licht“ erfüllen sondern eher mit intelligenterem Licht. Autos sind heute mit sensorbasierten Scheinwerfern ausgestattet, die bei Gegenverkehr automatisch abblenden. Der nächste Schritt ist zum Beispiel die Vernetzung der Scheinwerfer mit der Beleuchtung in Städten.

In der Smart City geht ein Licht an 

Die intelligente Straßenbeleuchtung in Städten ist bereits mit Tageslicht- und Bewegungssensoren gesteuert. Unterschreitet das Umgebungslicht einen festgelegten Lux-Grenzwert oder wird eine Bewegung erkannt, schalten sich die Beleuchtung automatisch ein. So könnten beispielsweise in Zukunft die zum Umgebungslicht gesammelten Daten an vorbeifahrende Fahrzeuge übertragen werden. Die Intensität der Scheinwerfer wird dann entsprechend angepasst. Verlässt das Fahrzeug das Stadtgebiet und damit die beleuchtete Umgebung, wird dies von den Sensoren in den Scheinwerfern erkannt und die Helligkeit wird angepasst.

Bessere Reaktionen durch intelligente Beleuchtung 

Ein optimales Lichtkonzept, das sich automatisch und flexibel in Echtzeit an die Gegebenheiten anpasst, dient auch dem sicheren Fahrverhalten – solange die Fahrzeuge auf Stufe 0 bis 2 bleiben. Bei optimaler Ausleuchtung im und um das Fahrzeug ist es wahrscheinlicher, dass das menschliche Auge Hindernisse erkennt. Welche Technologie gerade im Automotive-Bereich optimale und wirtschaftlich interessante Ergebnisse erzielt, wissen die Produktmanager und Field Application Engineers von Rutronik am besten.

Vorteile und Anwendungen 

• Mehr Sicherheit im Straßenverkehr
• Erhöhte Effizienz des gesamten Systems

Brennstoffzellentechnologie

Leistungsstark, schnell betankt und umweltfreundlich mit einem kleinem „Aber“ 

Es klingt fast zu einfach, um tatsächlich zu funktionieren: Wasserstoff und Sauerstoff reagieren miteinander auf ähnliche Weise wie bei der umgekehrten Elektrolyse und setzen dabei Energie frei, die den Motor eines Elektroautos zum Laufen bringt. Und das ganz ohne schädliche Abfallprodukte, denn wie wir aus dem Chemieunterricht wissen: 2 H2 + O2 zu 2 H2O.

Diese einfache Reaktion ist das Herzstück der Brennstoffzellentechnologie, die als realistische Alternative zu herkömmlichen Verbrennungsmotoren entwickelt wird. Wasserstoff wird aus Hochdrucktanks in eine Brennstoffzelleneinheit mit Polymerelektrolytmembran geleitet, in der die chemische Reaktion stattfindet.

Wasserstoff oder Steckdose? 

Wasserstoffbasierte Fahrzeuge haben eine bessere Energiedichte als herkömmliche Verbrennungsmotoren: Der Verbrennungswert von Wasserstoff ist dreimal höher als der Energiegehalt von Diesel oder Benzin. Darüber hinaus ist Wasserstoff ein quasi unendlicher Rohstoff. Für Nutzer von H2-Fahrzeugen ist auch die schnelle Betankung ein wichtiger Punkt.

Gerade die Produktion und der Transport stellen jedoch eine Herausforderung dar, da diese mit aufwendigen Prozessen verbunden sind und auch hier ein wirklich emissionsfreies Mobilitätskonzept nur durch den ausschließlichen Einsatz erneuerbarer Energien erreicht werden kann.

Einsatz im Schwerlastbereich

Die Brennstoffzellentechnologie wird derzeit nur von einigen Fahrzeugherstellern für den Einsatz in Pkws verfolgt. Aktuell ist ein Umstieg von Dieselkraftstoffen auf Wasserstoff vor allem bei Baumaschinen, Nutz- und Landwirtschaftsfahrzeugen denkbar.

Verlässliche Qualität 

Damit die bei der chemischen Reaktion freigesetzte Energie effizient und sicher genutzt werden kann, muss ein besonderes Augenmerk auf die Auswahl der verwendeten Komponenten gelegt werden: Die AEC-Q200-Konformität ist nur einer von vielen wesentlichen Punkten, die das Portfolio von Rutronik erfüllen.

Vorteile und Anwendungen 

• Einsatz in schweren Nutzfahrzeugen
• Nutzung im Personentransport
• Einsatz in der Brennstoffherstellung
• Null Emissionen
• Hohe Reichweite
• Kurze Betankungszeit
• Hoher Wirkungsgrad im Vergleich zu Verbrennungsmotoren

Ladesysteme für Elektrofahrzeuge

Bequem, sicher und schnell 

Die Etablierung von Elektrofahrzeugen hängt auch von einer benutzerfreundlichen, sicheren, ökologisch und ökonomisch sinnvollen Ladeinfrastruktur ab. Doch es gibt nicht das „eine System“ für alle Anforderungen. Sowohl innerhalb als auch außerhalb der Stadt sind Schnellladesäulen eher verfügbar, während das Laden der Batterien an heimischen Ladesäulen länger dauert.

Unterschiedliche Ladesäulen haben unterschiedliche Anforderungen: Generell müssen sie aber klein und leicht sein, der Wechselrichter muss eine hohe Leistung liefern und der Ladevorgang muss schnell sein. Die in diesen Systemen eingesetzte Leistungselektronik muss eine hohe Leistungsdichte, einen geringen Kühlaufwand und eine reduzierte Systemgröße bieten.

Herausforderungen beim Laden von Elektrofahrzeugen

• Thermomanagement: Unverzichtbar für Schnellladestationen, wegen der hohen Leistungsdichte, die vor allem an öffentlichen Ladesäulen benötigt wird. Die Flüssigkeitskühlung ist die Technik der Wahl und etablierter Standard zur Überwindung thermaler Probleme.
• Auf die Größe kommt es an: Ladegeräte müssen auch klein und handlich sein. Höhere Schaltfrequenzen werden verwendet, um Bauraum zu sparen und die Größe der magnetischen Komponenten zu reduzieren

Innovationsgesteuert und stücklistenorientiert 

Rutronik verfügt über ein einzigartiges Know-how in der E-Mobilität und ist mit seinen Partnern in der Lage, innovative Lösungen anzubieten, um die Effizienz und Leistung von Ladeanwendungen für Elektrofahrzeuge zu steigern und Kunden helfen, Kosten zu optimieren.

Vorteile und Anwendungen 

• Optimierung der Ladeinfrastruktur
• Kürzere Ladedauer
• Benutzerfreundliche, sichere, ökologisch und ökonomisch sinnvolle Ladeinfrastruktur
• Steigerung der Effizienz und Leistung von Ladeanwendungen bei Elektrofahrzeugen

Hochspannungsstromnetz in der Elektromobilität

Unterschiedliche Leistungsstufen 

Leistungselektronische Systeme sind Schlüsselkomponenten bei jedem Hybrid- oder Elektrofahrzeug, da sie bis zu drei verschiedene Spannungspegel haben:

• Ein 12 V Bordnetz für kleine Aktuatoren und alle Steuereinheiten,
• Ein 48 V Bordnetz für größere Stromverbraucher wie Wasserpumpen, EPS oder Kühlerlüfter und
• Ein 400 bis 800 V Bordnetz, das das Batteriepaket und die größten Verbraucher wie den Wechselrichter, die Hochspannungsheizung, den OBC, den HV/LV DC/DC und die HLK enthält.

Gerade Letzteres erfordert ein Höchstmaß an Sicherheit und Zuverlässigkeit für alle verbauten Komponenten.

Exklusiv bei Rutronik: Referenzdesign für Hochspannungstrennschalter

Um eine passgenaue Lösung für die Herausforderungen im Hochspannungsbereich anbieten zu können, haben die Spezialisten für E-Mobilität aus der Rutronik Automotive Business Unit (ABU) und der Automotive Division von Vishay ein Referenzdesign für einen Hochspannungs-Leistungsschalter (HV) mit einem maximalen Ausschaltvermögen von 40 kW entwickelt. Frühere Optionen, in denen mechanische Relais verwendet wurden, werden durch eine intelligente, rückstellbare und verlustarme Halbleiterlösung ersetzt.

Siliziumkarbid-MOSFETs eröffnen vielfältige Möglichkeiten bei der elektrischen Energieversorgung 

SiC-MOSFETs überzeugen durch einen höheren Wirkungsgrad, eine geringere Verlustleistung und durch bis zu zehnmal höhere Schaltgeschwindigkeiten. Ein weiterer Vorteil von Siliziumkarbid ist die größere Bandlücke, die bis zu zehnmal stärkere elektrische Felder verträgt und die bessere Wärmeleitfähigkeit, die sich in einer bis zu dreimal höheren Energiedichte niederschlägt.

Insbesondere in Stromversorgungsanwendungen für Ladegeräte für Elektro- und Hybridfahrzeuge und in der Antriebstechnik können so Volumen und Gewicht um bis zu 60 % reduziert werden. Rutronik verfügt über Produkte von ausgezeichneten Herstellern, die die Entwicklung im Bereich der SiC-MOSFETs weiter vorantreiben.

Vorteile und Anwendungen 

• Höchster Wirkungsgrad im Vergleich zu Verbrennungsmotoren und wasserstoffbetriebenen Fahrzeugen
• Emissionsfreier Betrieb
• Leiser Antrieb mit hohem Drehmoment
• Gewichts- und Volumenreduzierung

48 V Stromnetz

48 V - Noch immer eine gute Investition?

Der Trend zu Plug-in-Hybriden und reinen E-Fahrzeugen zur Entwicklung umweltfreundlicher und wirtschaftlicher Mobilitätskonzepte ist ungebrochen. In diesem Zusammenhang stellt sich die Frage: Ist die Integration der 48 V Technologie überhaupt noch sinnvoll? Die Antwort lautet „Ja“. Kostengünstige Mild-Hybrid-Fahrzeuge, die mit einem Spannungspegel von 48 V betrieben werden, sind in der Lage, die aktuell geltenden CO2-Grenzwerte einzuhalten und den Kraftstoffverbrauch zu senken. Die 48 V Technologie ist ein Einstiegshybrid für Volumensegmente und schlägt die notwendige Brücke zwischen konventionellen Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor und batterieelektrischen Hochvoltfahrzeugen.

Neben den sonstigen Vorteilen in den Anwendungsszenarien ermöglicht sie unter anderem das regenerative Bremsen, die Zwischenspeicherung von Energie in Batteriepacks und Kondensatoren sowie die anschließende elektrische Unterstützung konventioneller Verbrennungsmotoren. Durch diese Maßnahmen können Verbrauch und Emissionen bereits im niedrigen zweistelligen Prozentbereich gesenkt werden. Die benötigten Komponenten sind bei Rutronik erhältlich.

Urbane Mobilität mit 48 V 

Gerade in Stadtgebieten ist ein 30 kW Antriebsstrang eine interessante Lösung für Kurzstreckenfahrten oder gelegentliche Überlandfahrten. In diesem Betriebszyklus ist ein 48 V BEV-Antriebsstrang ca. 25 % günstiger als ein HV 400 V BEV-Antriebsstrang.

Elektrisch angetriebene Nutzfahrzeuge auf Basis von 48 V sind bereits auf dem Markt. Postfahrzeuge haben sogar eine Nutzlast von bis zu 1000 kg. Auch Motorräder und E-Roller mit 48 V Technologie etablieren sich immer mehr. Einige von ihnen bieten sogar austauschbare Batteriesysteme an.

All diese Fahrzeuge können mit Anwendungen realisiert werden, die bereits für Mild-Hybrid-Autos entwickelt wurden oder werden. Dazu gehören Batterien mit Batteriemanagementsystem (BMS), Wechselrichter, DC/DC-Wandler und Nebenaggregate.

Vorteile und Anwendungen 

• Kostengünstiger Einstiegshybrid für Volumensegmente
• Senkung des Gesamtverbrauchs
• Einhaltung der geltenden CO2-Standards
• Ermöglicht regeneratives Bremsen
• Speicherung von Energie in Batteriepacks und Kondensatoren
• Elektrische Unterstützung konventioneller Verbrennungsmotoren