Ausblick: 48-Volt-Bordnetz in der Automobil-Industrie - Mehr Spannung, weniger Verbrauch

Köln - Mild-Hybride sparen dort, wo Verbrennungsmotoren am durstigsten sind: Sie unterstützen kurzzeitig beim Beschleunigen. Zukünftige Systeme ähnlicher Bauart werden deutlich intelligenter und effizienter.

Bei Continental sieht man gegenüber einem konventionell angetriebenen Benziner mit Start-Stopp-Automatik großes Potenzial zur Kraftstoffersparnis. „Im innerstädtischen Fahrbetrieb können dies 21 Prozent sein, etwa 13 Prozent wären es im NEFZ-Profil“, erklärt Dr. Oliver Maiwald aus der Antriebsstrang-Abteilung bei Continental. Voraussetzung hierfür ist allerdings eine Bordspannung von 48 Volt. Die höhere Spannung ermöglicht die Übertragung größerer Leistungen. Zudem kann die E-Maschine kompakter ausgelegt und mit einer höheren Leistungsdichte versehen werden.

Das 48-Volt-Riemenstartergenerator-Modul (BSG) sitzt zwischen Motor und Getriebe und soll die Energierückgewinnung verbessern Quelle: Continental

Basis: Starter-Generatoren mit oder ohne Riemen

Alle großen Zulieferer entwickeln derzeit Lösungen für künftige 48-Volt-Hybrid-Architekturen. „Die höhere Spannung ist der Schlüssel zu Effizienz und höherer Leistung“, sagt Peter Gutzmer, Vorstand Technologie der Schaeffler AG. Schaeffler arbeitet auf Basis eines Continental 48-Volt-Generators an einem Modul, das für seitlich am Antriebsstrang verbaut wird: Den sogenannten „Belt Starter Generator“ (BSG). Ein riemengetriebener Anlasser, der als Generator arbeitet.

Neben dieser Lösung ist auch ein 48-Volt-Modul in der Entwicklung, das zwischen Motor und Getriebe angeordnet ist. Diese Lösung („Inline Starter Generator“, ISG) ermöglicht Kraftstoffeinsparungen von weiteren zwei Prozent. Hier entfallen die Reibverluste durch den Riemen.

„Spätestens 2025 wird das Modul gänzlich zwischen Motor und Getriebe sitzen“, sagt Gerhard Gumpoltsberger, Leiter Innovationsmanagement und Erprobung bei ZF. Ende April 2016 will Continental auf dem Wiener Motoren-Symposium eine Neuheit in dieser Richtung vorstellen.

Erster mit 48 Volt: Audi SQ7

Mit der ISG-Architektur könnten zudem neue Hochstromverbraucher auf die 48-Volt-Seite gelegt werden. Audi praktiziert dies in seinem SUV-Flaggschiff SQ7. Dort gibt es allerdings noch eine normale 12-Volt-Lichtmaschine. Die Spannung wird gewandelt, der Strom dann in eine Lithium-Ionen-Batterie geschickt. Sie versorgt einen elektrischen Verdichter und einen elektrischen Wankausgleich.

Mit Hilfe des elektronischen Verdichters baut der V8 im Audi SQ7 schneller Ladedruck auf Quelle: Audi Darüber hinaus könnten weitere Verbraucher mit 48 Volt versorgt werden. Zum Beispiel der Klimakompressor. Er würde effizienter als mit 12 Volt laufen. Im Realbetrieb würde das den Verbrauch senken. Auch Renault plant, im kommenden Jahr die 48-Volt-Technik in Serie zu bringen.

Bordnetze langfristig mit höherer Spannung

Dass diese Systeme kommen, steht außer Zweifel. Treiber ist der Flottenausstoß, der die Autohersteller zur massiven Elektrifizierung zwingt. Die Riemengeneratoren mit der höheren Spannung werden dabei als kostengünstige Ergänzung zum Plug-in-Hybrid gesehen. „Das System ist deutlich einfacher zu realisieren“, so Gumpoltsberger.

BSG und ISG werden sich vor allem in kompakten Segmenten durchsetzen, heißt es aus den Entwicklungsabteilungen. "Mindestens die nächsten 10 bis 15 Jahre werden wir nicht Elektromotor 'oder' Verbrennungsmotor sagen, sondern 'und'", so Rolf Bulander, Vorsitzender des Unternehmensbereichs Mobility Solutions beim Automobilzulieferer Bosch. Allein bis 2020 sieht man bei Bosch einen Markt von 3,1 Millionen Fahrzeugen mit 48-Volt-Systemen. Insbesondere Kunden in asiatischen Märkten und den USA sind hier interessiert.

Die Schwaben bringen einen weiteren Aspekt ins Spiel. Aus ihrer Sicht ist das Thema 48 Volt eine ideale Ergänzung zum Diesel-Motor. Es spart Kraftstoff und kann die Emissionsreduzierung sehr effizient unterstützen. Hier soll das 48-Volt Boost-Recuperation-System von Bosch die Stickoxid-Rohemissionen insbesondere beim Beschleunigen und unter hohen Lasten um bis zu 20 Prozent senken.

Intelligente Cloud-Systeme als Ergänzung

Richtig intelligent wird der neue Hybridantrieb erst durch die Digitalisierung. Continental stellte im Januar auf der CES in Las Vegas einen vernetzten 48-Volt-Mild-Hybrid vor. In ihm arbeitet das sogenannte „connected-Energy-Management“ (cEM). Aus der Daten-Cloud heraus kennt cEM die Echtzeit-Verkehrssituation und weiß exakt, wann es sinnvoll ist, vom Gas zu gehen.

Tut der Fahrer dies, aktiviert die Software automatisch die effizienteste Kombination aus Segelbetrieb (Motor abgeschaltet) und Rekuperation. Verzögert wird mit einem Minimum an Radbremseinsatz. „Das Betätigen der Radbremsen wandelt kinetische Energie nur in Wärme um“, sagt Maiwald, „dies sollte möglichst vermieden werden.“ Mit dem cEM ließen sich laut Continental nochmals drei bis vier Prozent Verbrauch einsparen.

Intelligente Antriebsstränge werden jedoch nicht ausschließlich als Mittel zur Effizienzsteigerung gesehen. „Sie können, falls einmal Probleme auftauchen, die notwendigen Informationen künftig auch direkt in die nächstgelegene Werkstatt senden“, sagt Schaeffler-Technikvorstand Peter Gutzmer. „Das Navi würde den Fahrer ohne Umwege dorthin schicken, das Team wäre vorbereitet, die Reparatur schnellstmöglich erledigt.“