Open Access

Mücahit Sert

• Die Elektrik-/Elektronik (EE) Architektur in der Automobilindustrie verändert sich mit der zunehmenden Elektrifizierung von klassischen Nebenaggregaten (z. B. der elektrische Kältemittelverdichter) und der Einführung von hochautomatisierten Assistenzsystemen. Durch moderne Assistenzsysteme, wie dem autonomen Fahren, wird ein höheres Sicherheitsniveau für das Energienetz gefordert. EinerseitsDie Elektrik-/Elektronik (EE) Architektur in der Automobilindustrie verändert sich mit der zunehmenden Elektrifizierung von klassischen Nebenaggregaten (z. B. der elektrische Kältemittelverdichter) und der Einführung von hochautomatisierten Assistenzsystemen. Durch moderne Assistenzsysteme, wie dem autonomen Fahren, wird ein höheres Sicherheitsniveau für das Energienetz gefordert. Einerseits steigen damit die Grund- und Maximalbelastungen der elektrischen Energieversorgung und zum anderen nehmen die Anforderungen hinsichtlich der technischen Zuverlässigkeit deutlich zu. Zusätzlich werden in zukünftigen EE-Architekturen Verbraucher über Zentralrechner angebunden. Dadurch lassen sich zwei wesentliche Vorteile erreichen, zum einen ergibt sich eine deutliche Vereinfachung im physikalischen Aufbau der elektrischen Vernetzung und zum anderen können Funktionen zunehmend abstrahiert werden. Durch die gestiegenen Anforderungen an die Leistungsfähigkeit und die Zuverlässigkeit der elektrischen Energieversorgungen müssen zur Absicherung der Verbraucher elektrische Leistungsverteiler auf Hauptverteilungsebene eingeführt werden, da Schmelzsicherungen lediglich den Leitungsschutz sicherstellen, nicht aber die Rückwirkungsfreiheit nach der VDA450. Daher müssen zum Leitungsschutz und zur Sicherstellung der Rückwirkungsfreiheit zentrale Schalt- und Steuerungskomponenten zur Gewährleistung eines angemessenen Leitungsschutzes und der sicheren Versorgung sicherheitsrelevanter Verbraucher eingeführt werden. Die zentrale Schalt- und Steuerungskomponenten müssen dabei eine hohe Stromtragfähigkeit und eine hohe Zuverlässigkeit aufweisen. Mit dem Einsatzleistungsintensiver Verbraucher treten vermehrt hohe Ströme auf. Deshalb wird nach einem kosteneffizienten Weg gesucht, hohe Ströme über Standard-Leiterplatten zu leiten. Zur Erfüllung der genannten Anforderungen werden zentralen Energienetzsteuergeräte, sogenannte elektrische Leistungsverteilern (ePDUs), entwickelt. Die zentrale Zielstellung dieser Arbeit ist es, die Aufbau- und Verbindungstechnik hinsichtlich deren Leistungsfähigkeit und der Kosten zu optimieren. Im Rahmen der Entwicklung zentraler Energienetzsteuergeräte treten zunehmend Fragestellungen hinsichtlich einer kosten- und leistungseffizienten Führung von hohen Strömen auf Leiterplatten auf. Daher wurden innerhalb dieser Arbeit, die Aufbau- und der Verbindungstechnik für Hochstromleiterplatten untersucht. Hierbei wurden verschiedene Ausführungen mehrlagiger Leiterplatten mit zusätzlichen Verbesserungsmaßnahmen untersucht. Die dabei untersuchten Maßnahmen sind die Verwendung von Kupferinnenlagen und Stromschienen sowie die Einführung von SMD-Busbars. Für jede Variante wurde ein eigenes thermisches Modell mit LTSpice erstellt. Anhand der gewonnen Simulationsergebnisse konnte abgeleitet werden, dass bei einer konstanten Stromstärke von 150A, ab einer Kupferschichtdicke von ca. 100μm die Platine aufgrund der Verlustleistung ca. 150°C heiß wird. Bei dem hier untersuchten Steuergerät konnte durch die Nutzung von SMD-Busbars eine kosteneffiziente Lösung realisiert werden.…