Demo-Fahrzeug von Continental: Mit der zusätzlichen 48-V-Architektur sollen sich viele Funktionen umsetzen lassen, die heute nur in aufwändigeren Mild-Hybrids bei rund 120 V umgesetzt werden können.
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Bordnetzkonzepte mit 12- und 48-V-Bordnetzspannung werden in den kommenden Jahren wohl verstärkt eingeführt werden. Damit sollen neue Komfort- und Sicherheitsfunktionen möglich sein. Die Hersteller erhoffen sich auch eine verbesserte CO2-Bilanz.
Einige hundert Meter an Leitungen und Kabel sind in einem modernen Automobil verlegt. Einige tausend Kontaktstellen sind nötig, um die elektrischen Funktionen sicherzustellen. Dabei ist der Kabelbaum das teuerste Zukaufteil in einem Pkw und schon deshalb von großer Bedeutung. Mit neuen elektronischen Produkten wächst der Kabelbaum an, was immer intensivere Anstrengungen erfordert, um Qualität und Kosten zu optimieren.
Steigende Anforderungen an die elektrische Stromversorgung haben das 12-V-Bordnetz an seine Grenzen gebracht. Jetzt rückt das 48-Volt-Bordnetz in den Vordergrund, um eine effiziente Stromversorgung für alle Hochstromverbraucher sicherzustellen. Durch den Schritt zu 48 Volt ließen sich auch CO2-Emissionen verringern – beispielsweise durch eine optimierte Bremsenergierückgewinnung.
Continental: 48-V-Eco-Drive-Innovationsfahrzeug
"Heute klafft eine Lücke zwischen relativ kostengünstigen 12-V-Stopp-Start-Systemen und den wesentlich aufwändigeren Hybridlösungen mit hohen Spannungen von typischerweise 200 bis 400 V", sagt José Avila, Leiter der Powertrain Division und Mitglied des Vorstands bei Continental. Mit dem Konzept der "Elektrifizierung nach Maß" will der Zulieferer mit 48-V-Komponenten die Lücke zwischen einfachen 12-V-Stopp-Start-Systemen und Hochvolt-Hybridisierungen schließen. Sobald das Potenzial des im Fahrzeug existierenden 12-V-Bordnetzes ausgeschöpft ist, soll eine ergänzende zweite Spannungslage im Fahrzeug ergänzt werden. Mit diesem zusätzlichen 48-V-Kreis ließen sich viele Funktionen umsetzen, die heute in aufwändigeren Mild-Hybrids bei rund 120 V umgesetzt werden.
Das Konzept "Elektrifizierung nach Maß“ von Continental erlaubt es, existierende Fahrzeuge/Segmente in fein abgestuften Umfängen an den Bedarf des Käufers nach Elektrifizierung anzupassen.
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Die 48-V-Architektur zusammen mit den fertig entwickelten Komponenten hat Continental in dem 48-V-Eco-Drive-Innovationsfahrzeug realisiert. Es verfügt über einen riemengetriebenen 48-V-Starter-Generator, der die konventionelle Lichtmaschine ersetzt, einen Riemenspanner samt Riemen, einen 48-V-Lithium-Ionen-Akku und einen DC/DC-Konverter als Bindeglied zum 12-V-Bordnetz. Zu den Vorteilen des 48 V Eco Drive sollen neben einem schnelleren und leiseren Motorstart auch eine effizientere Rekuperation gehören. Damit stehe mehr Strom für energiesparende Funktionen zur Verfügung. "Vor allem kann der Verbrennungsmotor häufiger und früher abgeschaltet werden, wenn er für den Vortrieb nicht zwingend erforderlich ist", erläutert Xavier Pujol, Leiter der Business Unit Hybrid Electric Vehicle, Division Powertrain. "Mit den Fahrstrategien Sailing und Coasting verordnen wird dem Verbrenner beim 48 V Drive System mehr Auszeiten und sparen Kraftstoff", fährt Pujol fort. "Für die Fahrzeughersteller hat dieser 'Eco Drive' den zusätzlichen Vorteil, dass sie nicht in die Motor- und Getriebekonfiguration eingreifen müssen. Diese Technologie ist damit auch für kleinere Fahrzeugmodelle darstellbar."
Plug-in-Hybrid: aussichtsreichste nächste Hybridisierungsstufe oberhalb von 48 V
Die Analyse der aktuellen Situation bei der Elektrifizierung des Antriebs zeigt nach Einschätzung von Continental, dass der Plug-in-Hybrid die aussichtsreichste nächste Hybridisierungsstufe oberhalb von 48 V ist. Durch die Möglichkeit des Aufladens am Netz genüge ein Hochvoltakku für bis zu 50 Kilometer rein elektrisches Fahren, da der Verbrennungsmotor bei Bedarf die volle Reichweite eines konventionellen Fahrzeugs biete. "Unser Plug-in-Hybrid-Innovationsfahrzeug zeigt, dass es im Einzelfall durchaus gelingen kann, ein existierendes Fahrzeug mit effizientem Verbrennungsmotor durch nachträgliche Hybridisierung zum 1,5-l-Fahrzeug mit einem CO2-Ausstoß von nur noch 40 g/km gemäß gültigem Fahrzyklus zu machen", erläutert Christian Senger, Leiter Systems & Technology Automotive bei Continental.
Bei der von Continental OEM-unabhängig entwickelten Plug-in-Architektur ist eine fremderregter Synchronmotor mit 80 Kilowatt Spitzenleistung und 225 Nm Drehmoment um eine Klauenkupplung ergänzt und in die Hinterachse des Originalfahrzeugs integriert worden. Mit dieser Axle-Split-Konfiguration verfügt das Innovationsfahrzeug über eine zuschaltbare Allradoption, die frei von permanenten Schleppverlusten ist.