Ein Voll-Hybrid-Fahrzeug mit 48-Volt-Technologie – bislang galt das als nicht realisierbar. Kann ein Hybrid-Fahrzeug auch rein elektrisch fahren, arbeitet der elektrische Teil des Antriebs üblicherweise mit Hochvolttechnik, also hohen Spannungen von bis zu 800 Volt. Den Ingenieuren von Continental jedoch ist es nun gelungen, ein 48-Volt-Hybridsystem zu entwickeln, das vergleichbare Merkmale wie ein Hochvolt-Elektroantrieb aufweist: die 48-Volt-High-Power-Technologie. „Dank der breiten Systemkompetenz beherrscht Continental alle Varianten des Elektroantriebs, von 48-Volt-Systemen über Hybrid-Technologien bis hin zu Hochvolt-Komponenten", sagt Andreas Wolf, CEO des Antriebsgeschäfts von Continental.
Das neue 48-Volt-High-Power-System aus E-Maschine mit integrierter Leistungselektronik sowie einer Batterie senkt den Spritverbrauch und somit auch den CO2-Ausstoß gegenüber vergleichbaren Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor um rund 20 %. Zugleich ist die neue Technologie auf 48-Volt-Basis deutlich kostengünstiger als die bislang verwendeten Hochvoltsysteme.
Voll-Hybrid ohne aufwändiges Hochvolt-System. Bisher sind 48-Volt-Systeme als sogenannte Mild- oder P0-Hybride bekannt. Es handelt sich um eine vergleichsweise unauffällige Elektrifizierung des Antriebsstrangs. Vor allem durch die Unterstützung des Verbrenners (boosten) beim Beschleunigen sowie die Rückgewinnung von überschüssiger Bewegungsenergie (rekuperieren) beim Verlangsamen des Fahrzeugs wird der Kraftstoffverbrauch leicht gesenkt. Rein elektrisches Fahren jedoch ist mit solchen Systemen nicht möglich. In der neuesten Entwicklungsstufe wurde die Position des 48-Volt-Systems im Antriebsstrang verändert. Die E-Maschine wurde nicht mehr vor dem Verbrenner an der Kurbelwelle angeordnet, sondern dahinter – zwischen Verbrenner und Getriebe (P2-Hybrid). Der Effekt: Die Kraftstoffersparnis ließ sich steigern und in bestimmten Situationen, etwa beim Fahren durch eine Tempo-30-Zone, konnte allein die E-Maschine das Fahrzeug bewegen.
Mit der neuen 48-Volt-High-Power-Technologie ermöglicht dieses Hybridsystem nun die gleiche Funktionalität wie bisherige Voll-Hybrid-Fahrzeuge. Die Schlüsselkomponente dabei ist eine neue, wassergekühlte Elektromaschine mit hohem Wirkungsgrad, deren Spitzenleistung im Vergleich zur bislang eingesetzten auf 30 kW verdoppelt werden konnte. Damit wird das rein elektrische Fahren bis zu einem Geschwindigkeitsbereich von 80 bis 90 km/h möglich.
Die Leistungszunahme um 100 % realisierten die Entwickler unter Beibehaltung des Durchmessers der Maschine. Insgesamt ist der Bauraum, den die 48-Volt-High-Power-Technologie beansprucht, nur geringfügig größer als der des bisherigen Systems. Auch das Gewicht veränderte sich nur minimal.
Die E-Maschine ist allerdings nicht die einzige neue Komponente der 48-Volt-High-Power-Technologie. Auch die integrierte Leistungselektronik arbeitet mit einer neuen Technik, die es nun erlaubt, deutlich höhere Ströme zu verarbeiten. Die Innovationen der neuen 48-Volt-High-Power-Technologie führen zu einem elektrischen Wirkungsgrad, der den des bisherigen Systems um nahezu 10 % übertrifft. Und beim Rekuperieren, also dem Rückgewinnen überschüssiger Bewegungsenergie beim Verlangsamen des Fahrzeugs, ist die neue Technologie deutlich wirkungsvoller als bislang, da die auftretenden Verluste im Elektroantrieb halbiert werden konnten.
Damit bietet die 48-Volt-High-Power-Technologie sämtliche Vorteile, die auch ein herkömmliches Vollhybrid-Fahrzeug mit Hochvoltsystem auszeichnen – also niedrigeren Spritverbrauch und CO2-Ausstoß sowie eine optimierte Fahreffizienz bei deutlich gesteigerter Fahrbarkeit. Und zusätzlich gibt es noch ein weiteres Argument für die neue Hybrid-Lösung: die vergleichsweise geringen Kosten - der Schlüssel, um günstige Hybridfahrzeuge anbieten und eine hohe Marktdurchdringung erreichen zu können. Der Grund dafür ist, dass ein 48-Volt-System erheblich weniger Aufwand beim Isolationsschutz erfordert, elektrische Komponenten kompakter und günstiger aufgebaut sind und auch das Design deutlich kompakter ausfallen kann, weil die Abstände der einzelnen Bauteile geringer sein können, als das bei Hochvolttechnik notwendig ist.
Das Unternehmen demonstriert die neue 48-Volt-High-Power-Technologie, die darüber hinaus bereit ist für eine Serienentwicklung, in einem Versuchsträger Ford Focus.
Plug-In-Hybridantrieb auf 48-Volt-Basis denkbar. Mit Blick auf die neuen Zulassungsvorschriften nach dem WLTP-Zyklus, könnte man einen weiteren Entwicklungsschritt der 48-Volt-High-Power-Technologie realisieren: Wird nämlich das System durch On-board-Ladetechnik und eine größere Batterie ergänzt, wird sogar ein Plug-In-Hybrid-Antrieb mit 48-Volt-Technologie möglich. Denn um in den Genuss der Förderung für Plug-in-Fahrzeuge zu kommen, ist nicht mehr die Fähigkeit des rein elektrischen Fahrens das zentrale Kriterium, sondern allgemein die Umwandlung der elektrisch gespeicherten Energie in Traktion. Entscheidend für verschiedene Fördermaßnahmen ist, ob der CO2-Ausstoß unter 50 g/km gesenkt werden kann. Quelle: Continental / DMM
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