Hochvoltkompetenz
Hintergründe zur Hochvolttechnik
von Elektro- und Hybridfahrzeugen

48-V-Hybridsystem geht 2016 in Serie

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Betriebsmodi mit Sparpotenzial: Messungen von Continetal mit einem Versuchsfahrzeug mit 48-V-Eco-Drive-System haben eine Einpsarpotenzial von 13 Prozent nach dem NEFZ ergeben. Bilder: Continental
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Elektrifizierungsgrade: Das 48-V-Eco-Drive-System schließt die Lücke zwischen konventionellen Fahrzeugen mit Start/Stopp-System und Hybridfahrzeugen mit Hochvoltsystem.

November 2014: Continental bringt mit seinem 48-V-Eco-Drive-System (Niedrigvolt- hybrid) eine Alternative, welche die Lücke zwischen Hybridfahrzeugen mit Hochvoltanlage und konventionellen Fahrzeugen mit Start/Stopp-Funktion und regenerativen Bremssystem schließt. Dem Erstausrüster zufolge bringen 2016 zwei europäische Automobilhersteller erstmals Fahrzeuge mit einem 48-V-Bordnetz in Serie. Welche Sparpotenziale und Betriebsmodi bietet das System?

Die auf 48 V basierende Hybrid-Technologie von Continental lässt sich dem Unternehmen zufolge mit wenig Aufwand in die Architektur konventionell angetriebener Fahrzeuge integrieren – auch weil ein 48-V-Netz keine Maßnahmen zum Berührungsschutz erfordert wie etwa ein Hochvoltsystem (ab 60 V). Zugleich lassen sich mit 48 V Funktionen realisieren, die bisher nur bei den Hochvolt-Hybridsystemen zu finden sind: Abschalten des Verbrennungsmotors während der Fahrt, sehr schneller, komfortabler Motor-Restart und eine effiziente Bremsenergie-Rückgewinnung (Rekuperation).
Bei welchen Fahrzeugherstellern die neue 48-V-Technologie 2016 in Serienfahrzeugen Einzug hält, verrät Continental noch nicht. Fest steht aber, dass es wie schon erwähnt gleich zwei sein werden.

Bis zu 21 Prozent weniger Kraftstoff

Welches Einsparpotenzial damit verbunden ist, zeigte kürzlich das VOX-Automagazin ‚auto mobil’ (Ausstrahlung 16. November, 17:00 Uhr). 21 Prozent weniger Kraftstoff verbrauchte das Demonstrationsfahrzeug mit 1,2-l-Ottomotor und dem ‚48 Volt Eco-Drive’-System von Continental verglichen mit der Serienversion des gleichen Modells mit Start/Stopp-System.
Nach Angaben von Continental erfolgten die Testfahrten unter realen Bedingungen und vorwiegend im städtischen Raum. Hier lassen sich die höchsten Einsparungen erzielen. Das System reduziert den Verbrauch durch Motorabschaltung und Rekuperation aber auch auf der Landstraße und der Autobahn

Auch wenn der VOX-Test 21 Prozent Sparpotenzial offenbarte, so liegt der durchschnittliche Effekt bei 13 Prozent, so Continetal-Experte Dr. Carsten Götte, Leiter Entwicklung Bordnetzsysteme. Wie er betont, ergaben dies Messungen, denen der Neue Europäische Fahrzyklus (NEDC) zugrunde lag. Dabei wurde ein Fahrzeug mit dem Eco-Drive-System mit einem konventionellen Wagen ohne Start/Stopp-Funktion verglichen. Basis für die Einsparung ist das höhere Spannungslevel. Gegenüber 12-V-Systemen ist damit eine wirkungsvollere Rekuperation möglich und das Abschalten des Motors während der Fahrt.

Weitere Vorteile

Die 48-V-Technologie hat jedoch noch mehr Vorteile: So lassen sich energieintensive elektrische Verbraucher mit der höheren Spannung effizienter betreiben. Außerdem können 48-V-Verbraucher einen Beitrag zur Gewichtreduzierung leisten, wenn sie aufgrund ihrer Effizienz leichter bauen und somit weniger auf die Waage bringen (z.B. durch geringere Kabelquerschnitte in Wicklungen).

Bei größeren Fahrzeugen, bei denen das herkömmliche 12-V-Bordnetz schon heute an seine Leistungsgrenzen stößt, lassen sich neue Funktionen realisieren – etwa ein elektrisch angetriebener 48-V- Klimakompressor oder die elektrische Wankstabilisierung (aktive Begrenzung der seitlichen Neigung in Kurven). Audi hat zum Beispiel entsprechende Ankündigungen zu Fahrwerksfunktionen und einem elektrischen Verdichter zur Motoraufladung schon gemacht. Mehr dazu hier.

Betriebsstrategie des Eco-Drive-Systems

Die Hauptkomponenten des 48-V-Hybridsystems von Continental sind der Elektromotor mit integriertem Umrichter (ersetzt die Lichtmaschine), die 48-V-Lithium-Ionen-Batterie und der Spannungswandler (DC/DC-Wandler) für den Energieaustausch zwischen den herkömmlichen und dem 48-V- Bordnetz. Im Demonstrationsfahrzeug von Continental handelt es sich bei der E-Maschine um einen riemengetriebenen Riemen/Starter-Generator mit integrierter Leistungselektronik.
Alternativ und je nach Bedürfnis des Fahrzeugherstellers kann die E-Maschine auch direkt am Getriebe platziert werden – wie von vielen Parallelhybriden mit Hochvoltsystemen bekannt.

Doch unabhängig vom Einbauort: Außer das 48-Volt-Bordnetz zu versorgen übernimmt die E-Maschine noch die Aufgabe, den Antrieb in Beschleunigungsphasen elektromotorisch zu unterstützen (Stichwort: Boost) und als Anlasser den Verbrenner zu starten. Außerdem wartet das Eco-Drive-System mit dem Coasting- und den Segel-Modus auf. Beide Modi werden aktiviert, sobald der Fahrer den Fuß vom Gaspedal nimmt. Dabei schaltet die Systemsteuerung den Verbrennungsmotor ab und entkoppelt ihn zugleich vom Antriebsstrang, sodass es zu keinen Schleppverlusten kommt und das Fahrzeug frei rollt.

Das Coasting (Fahrzeug rollt frei und ohne Antrieb) ist nicht nur im Stadtverkehr, etwa beim Zurollen auf eine Ampel, sondern auch bei höheren Geschwindigkeiten vorgesehen. „Wenn man mit 120 Stundenkilometern auf der Autobahn überholt und den Fuß vom Gas nimmt, reicht die Bewegungsenergie des Fahrzeugs aus, um weiter im Verkehr mitzuschwimmen und den Überholvorgang fortzusetzen“, erklärt Götte in einem Video (siehe Link unten).
Bei einer durchschnittlichen Fahrt befindet sich das System laut Continental etwa 20 bis 25 Prozent der Zeit im Coasting-Modus. Allein das soll 8 Prozent Kraftstoff einsparen.

Im Segel-Modus – in dem der Verbrennungsmotor wie beim Coasting abgeschaltet ist – hält der Elektromotor die Geschwindigkeit des Fahrzeugs für kurze Zeit konstant. In dieser Phase wird das Fahrzeug rein elektrisch angetrieben.  

von Torsten Schmidt

youtu.be/Oq-PHdgm4t4: Hier erklärt Dr. Carsten Götte, Leiter Entwicklung Bordnetzsysteme bei Continental, die Funktionen des Eco-Drive-System in einem VW Golf VI als Versuchsträger.