Delphi hat sich für den Aufbau eines 48-V-Hybridversuchs fahrzeugs einen Honda Civic 1.6 ausgesucht. Bild: Delphi
Bei den Automobilherstellern und insbesondere deren Zulieferern ist das 48-V-System als Ergänzung zum 12-V-Bordnetz schon seit Jahren ein heißes Thema. Ganz am Anfang stand die Idee dahinter, die Rekuperationsleistung zu steigern. Jedoch eröffnet die höhere Spannung noch viel mehr Möglichkeiten – vom Hybrid bis zum Betrieb von Fahrwerks- und Abgaskomponenten.
Das in Entwicklerkreisen viel diskutierte 48-V-Bordnetz ist keine bloße Zukunftsvision mehr, die irgendwann realisiert werden soll und vielleicht doch wieder in den Schubladen verschwindet – etwa so, wie es in den 1990er Jahren mit dem 42-V-Bordnetz passiert ist. Denn bei Audi ist das 48-V-System bereits in Serie gegangen. Die Ingolstädter haben nämlich ihren neuen SQ7 TDI mit einem elektrischen Verdichter ausgestattet, den ein 48-V-System speist. Wie sich Ende April auf dem Wiener Motorensymposium zeigte, stehen in den Entwicklungsabteilungen von Bosch, Delphi, Schaeffler beziehungsweise Continental und anderen Zulieferern noch weitere Anwendungen im Fokus. Zunächst jedoch die Frage: Wie kam es eigentlich zu der Idee, ein 48-V-Bordnetz als Ergänzung zum herkömmlichen 12-V- System in Fahrzeuge zu integrieren?
Ursprungsidee
Die ersten Bestrebungen für ein Bordnetz mit 48-V-System hatten zum Ziel, über die höhere Bordspannung die Rekuperationsleistung anzuheben. Schließlich lässt sich mit einem 48-V-Generator deutlich mehr Brems energie zurückgewinnen als mit einer 12-V-Lichtmaschine. Die höhere Energierückgewinnung hat den Effekt, dass sich Komponenten (z.B. Lenkung, elektrische Zuheizer etc.) mit hohem Energieverbrauch effizienter betreiben lassen. Letztlich muss dem Motor nicht mehr so viel Nebenantriebsleistung für die Lichtmaschine abverlangt werden, da wegen der hohen Rekuperationsleistung ein hoher Anteil an Energie während der Schubphasen erzeugt wird. Die Batterie wird quasi zum Nulltarif aufgeladen.
Ein weiteres Feld, weshalb diverse Zulieferer die Entwicklung von 48-V- Systemen vorantreiben, ist die kostengünstige Hybridisierung von Fahrzeugen. Einerseits sind 48 V genug, um einen E-Motor als Unterstützung für den Verbrennungsmotor zu betreiben. Andererseits liegt die 48- V-Gleichspannung unter der Hochspannungsgrenze von 60 V. Ab dieser Gleichspannung müssen zahlreiche Sicherheitsvorkehrungen im Fahrzeug und der Werkstatt greifen, die für 48 V noch nicht notwendig sind.
In den nächsten 18 Monaten ist laut Delphi mit der Serienfertigung eines 48-V-Hybrid zu rechnen.
Vorteile des 48-V-Hybrid
Wie ein 48-V-Hybrid aufgebaut ist und was seine Vorteile sind, haben etwa Schaeffler und Delphi an Prototypen in Wien gezeigt. So hat letztgenannter Zulieferer ein Demofahrzeug mit Straßenzulassung der Fachöffentlichkeit vorgestellt. In diesem Zusammenhang gab das Unternehmen zudem bekannt, dass es nicht nur mit zwei weltweit tätigen Autoher-stellern auf diesem Sektor eng zusammenarbeite, sondern dass innerhalb der nächsten 18 Monate auch mit einer Serienfertigung zu rechnen sei. Als Versuchsträger für die 48-V-Mildhybrid- Technologie hat Delphi einen Honda Civic mit 1,6-l-Motor umgebaut. Durch den zusätzlichen Elektroantrieb verbessern sich die Leistungsdaten des Fahrzeugs bei gleichzeitiger Verringerung der CO2- Emissionen um zehn Prozent, so das Unternehmen.
Darüber hinaus liefert das 48-V-System zusätzliche elektrische Leistung für aktive Fahrsicherheitssysteme und das zukünftige automatisierte Fahren sowie die Fahrzeugvernetzung und Kommunikation. In dem Civic erprobt Delphi jedoch nicht nur den 48-V-Hybridantrieb. Im Demofahrzeug findet sich auch ein elektrischer Turbolader von Honeywell, in Entwicklerkreisen ‚E-Charger’ genannt. Dieser erhöht das Drehmoment im niedrigen Drehzahlbereich um durchschnittlich 25 Prozent.
Die elektromechanische Wankstabilisierung ist eine Komponente, die sich mit 48 V effizienter betreiben lässt. Bild: Audi
Die zweite Generation des Gasoline Technology Car (GTC II), die Continental und Schaeffler in enger Zusammenarbeit mit Ford entwickelt haben, verspricht rund 25 Prozent Kraftstoffersparnis. Bild: Continental
Weitere Anwendungen
Egal ob als 48-V-Hybrid ausgelegt oder als Fahrzeug wie der Audi SQ7 TDI, das neben dem 12-V-Netz noch das 48-V-System als zweites Netz an Bord hat: Die höhere Spannung kann wie erwähnt dazu dienen, Komponenten mit hohen Leistungsanforderungen effizienter zu betreiben. Ein Beispiel dafür ist etwa die Wankstabilisierung im SQ7. Diese arbeitet mit 48 V und soll den SUV bei Lastwechseln blitzschnell stabilisieren. Leicht auszumalen, dass bei Fahrzeugen mit dieser Masse dafür einiges an Energie notwendig ist. Dank der 48-V-Spannung und aufgrund entsprechender Übersetzung kann der E-Motor in der Wankstabilisierung immerhin bis zu 1.200 Nm Drehmoment aufbauen, um die Fahrzeugneigung auszugleichen. Mit 12 V sind solche Leistungswerte schwerer zu erreichen.
Eine weitere Anwendung hat Continental an seinem 48-V-Hybridversuchsfahrzeug, dem GTC II (Gasoline Technology Car) vorgestellt. In dem in enger Zusammenarbeit mit Ford konzipierten Wagen kommt ein 48-V-Katalysator zum Einsatz. Der Vorteil: Die höhere Aufheizspannung bringt den Kat schnell auf Betriebstemperatur, sodass er die Rohemissionen auch nach langen Motor-Aus-Phasen sofort wieder umwandelt. Das trägt dem Unternehmen zufolge wesentlich dazu bei, dass das GTC II die strengen Emissionsgrenzwerte der Abgasnorm Euro 6 c (2017/2018) erfüllt.
Audi ist der erste Autobauer, der das 48-V- Bord netz schon in Serie umgesetzt hat.
E-Maschine mit Riementrieb
Weiterhin ist am Versuchsträger von Continental die Integration der E-Maschine interessant. Denn deren Drehmoment wird über einen Riemen in den Antriebsstrang übertragen. Vor und hinter dem zwischen Verbrennungsmotor und Getriebegehäuse platzierten Riementrieb befinden sich zwei Kupplungen, über die der Verbrennungsmotor vollständig vom Antriebsstrang entkoppelbar ist. Die elektrische Maschine dient dann als Alleinantrieb für das Fahrzeug für das sogenannte elektrische Segeln, also eine elektrische Fahrt mit konstanter Geschwindigkeit bei niedriger Teillast. Ebenso ist ein rein elektrisches Anfahren möglich, etwa im Stau. So gesehen handelt es sich bei dem GTC II um einen Vollhybrid, auf 48-V-Basis.
Überdies ermöglichen es die Kupplungen, den Verbrenner während der Verzögerungs- beziehungsweise Schubphasen vom Antriebsstrang abzukoppeln. Daraus resultiert folgender Effekt: Das Motorschlepp- oder auch Bremsmoment wirkt nicht verzögernd, sodass mehr kinetische Energie für die Rekuperation zur Verfügung steht. Womit der bereits beschriebene Ursprungsgedanke für 48-V-Systeme zum Tragen kommt.
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