IAA 2013: Zulieferer setzen auf Mildhybride mit 48 Volt

Hybridfahrzeuge sind keine Exoten mehr, fast alle großen Hersteller haben Serienhybride im Angebot. Doch in Verbindung mit einem 48-Volt-Bordnetz könnten Hybridfahrzeuge noch deutlich günstiger werden, wie die diesjährige IAA zeigt.

Nachdem die IAA 2009 vom Thema Elektromobilität geprägt wurde, war die Automobilausstellung 2011 enttäuschend: Angesichts der "Range Anxiety", teurer Batterietechnik und fehlender Ladeinfrastruktur war Ernüchterung eingekehrt - ein Rückschlag, scheinbar. Doch 2013 kann man feststellen, dass elektrische Antriebe sich durchsetzen, vor allem auch in Hybridfahrzeugen. Deutsche Zulieferer setzen dabei stark auf das 48-Volt-Bordnetz. Es macht kostengünstige Mild-Hybrid-Antriebe möglich und erhöht die Bordnetzreserven für elektrische Verbraucher.

Generatoren mit bis zu 12 kW

So zeigt Bosch das "Boost Recuperation System", das vier Hybridfunktionen in einem Modul zusammenfasst: Rekuperation, Drehmomentunterstützung, Start/Stopp und Segelbetrieb. Basis ist ein Generator, der mithilfe einer neuen Leistungselektronik von 12 auf 48 Volt hochgerüstet wird. Das zusätzliche 48-Volt-Bordnetz erfordert keine Maßnahmen zum Berührungsschutz, welche erst ab 60 Volt gefordert sind - so benötigen Mechaniker auch keine spezielle Hochvolt-Ausbildung. Im Vergleich zu einem 12-Volt-System steht mit 10 kW etwa die vierfache Rekuperations- und Antriebsleistung zur Verfügung. Schon mit einer vergleichsweise preisgünstigen Lithium-Ionen-Batterie mit 0,25 kWh Energieinhalt ist laut Bosch eine Verbrauchsersparnis von rund 15 Prozent möglich. Zudem schafft das 48-Volt-Bordnetz zusätzliche Reserven für elektrische Verbraucher, die das 12-Volt-Bordnetz überfordern würden.

In eine ähnliche Kerbe schlägt Continental mit seinem Konzept "48 Volt Eco Drive". Es schließe die Lücke zwischen heutigen 12-Volt-Start-Stopp-Systemen als kleinster Form der Hybridisierung und den aufwändigeren Hochvolt-Hybriden. Continental nennt noch weitere Vorzüge: So erfolge der Motorneustart dank eines 48-Volt-Starter-Generators selbst bei Minustemperaturen angenehm schnell und leise. Zudem seien keine Eingriffe in die Motor- und Getriebekonfiguration des Fahrzeuges erforderlich. Auch Conti setzt auf einen Riemenstartergenerator, der sich wie der DC/DC-Wandler, die Lithium-Ionen-Batterie sowie das Antriebs- und Energiemanagement in jedem Fahrzeug unterbringen lässt. Alternativ lasse sich die E-Maschine aber auch direkt an das Getriebe anbauen.

Skalierbares Hybridgetriebe

Genau das macht der Getriebeanbieter Getrag beim Hybridgetriebe 7HDT300, einer Variante des Doppelkupplungsgetriebes 7DCT300. Dabei ist die E-Maschine achsparallel zur Welle mit den geraden Gängen im Gehäuse integriert. Sie kann in weiten Bereichen skaliert werden, vom Mild-Hybrid mit 48 Volt bis zum Plug-in-Hybrid mit 360 Volt. Da die E-Maschine über ein Untersetzungsgetriebe angebunden ist, kann sie sehr kompakt ausgelegt werden. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die E-Maschine drei Gänge des Doppelkupplungsgetriebes nutzen kann. So lässt sich die E-Maschine effizient nutzen, was auch für den Neustart des Verbrennungsmotors von Vorteil ist.

Antriebsmodul mit zwei Gängen

Einen nochmals anderen Ansatz verfolgt Schaeffler mit seinem 48-Volt-Antriebsmodul, das wahlweise an Vorder- oder Hinterachse platziert werden kann. Per Planetengetriebe stellt es der E-Maschine zwei Gänge zur Verfügung. Bei Anwendung an der Hinterachse erlaubt es zudem eine variable Drehmomentverteilung, um ein Torque Vectoring zu ermöglichen.

Derzeit misst das zylindrische Modul 235 mal 165 mm, ist somit recht einfach in den Antriebsstrang integrierbar. Mit 48 Volt sind Leistungen bis zu 12 kW möglich. Damit sind laut Schaeffler bereits echte Hybridfunktionen wie das "Stauschieben", Boosten oder ein elektrisches Segeln möglich. Selbst mit einem kostengünstigen Hybridantrieb ließen sich somit rund 15 Prozent Kraftstoff sparen. Die Reserven des 48-Volt-Bordnetzes erlauben aber auch neue Funktionen: So seien beispielsweise reaktionsschnelle und leistungsstarke Aktuatoren im Fahrwerk möglich, um die Bodenfreiheit zu regeln und so einen weiteren Spareffekt zu erzielen. Schaeffler präsentiert auf der IAA eine ganze Reihe von Ideen - von Spannelementen für Riemenstartergeneratoren über viele elektromechanische Stellelemente für Kupplung, Lenkung, Wankstabilisation, Niveauregulierung etc..

Reiner Friedrich von BMW stellte Anfang 2013 übrigens in einem Vortrag an der TU Berlin noch eine Reihe weiterer Funktionen vor, die durch 48 Volt möglich werden. Dazu gehören zum Beispiel eine stärkere Frontscheibenheizung, ein PTC-Heizer, eine Erhaltungsklimatisierung oder eine Vorklimatisierung des Innenraums. Zudem - auch das gilt für alle 48-Volt-Lösungen - genügen deutlich geringere Kabelquerschnitte als in einem Hochvoltbordnetz, was Kosten und Gewicht senkt.

Gute Marktchancen für 48 Volt

Trotz aller Fortschritte bei konventionellen Antrieben wird man wohl ab der Kompaktklasse aufwärts kaum an Hybridantrieben vorbeikommen, um zukünftige CO2-Grenzwerte zu erfüllen. Wie die genannten Beispiele zeigen, lassen sich bereits mit 48-Volt-Systemen nennenswerte Verbrauchsvorteile erzielen. Sie sind allerdings deutlich günstiger als Voll- oder gar Plug-in-Hybride und erfordern keine besonderen Umstellungen oder Ausbildungsmaßnahmen in Servicebetrieben. Auch sind alle vorgestellten Lösungen insofern modular einsetzbar, als sie keine tiefgreifenden Veränderungen an einer konventionellen Fahrzeugbasis erfordern. Zudem entstehen neue technische Möglichkeiten, die mit dem Scheitern des 42-Volt-Bordnetzes hinfällig schienen. Das klingt wie ein willkommener Nebeneffekt, könnte sich aber als starker Katalysator für die 48-Volt-Hybridtechnik erweisen.

Tipp der Redaktion Automobil- und Motorentechnik:

Lesen Sie zu diesem Thema auch den Beitrag "Hybrid-Konzept: Leistungsbordnetz mit 48 V".