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Voll-Hybrid-Fahrzeug mit 48-Volt-High-Power-Technologie

| Redakteur: Thomas Kuther

Klimaschutz benötigt öko-effiziente Antriebe. Das Technologieunternehmen Continental setzt seit Jahren auf die umweltfreundliche und kostengünstige 48-Volt-Elektrifizierung, die sowohl bei Benzin- als auch Dieselmotoren zum Einsatz kommen kann. Im Vorfeld der IAA 2019 präsentiert Powertrain nun eine neue 48-Volt-Antriebslösung: den 48-Volt-High-Power-Antrieb mit 30 kW.

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Geringe Spannung, hohe Leistung: Vollhybrid-Fahrzeug mit 48-Volt-High-Power-Technologie von Continental.
Geringe Spannung, hohe Leistung: Vollhybrid-Fahrzeug mit 48-Volt-High-Power-Technologie von Continental.
( Bild: Continental )

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 V. Ingenieuren von Continental 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. Wir bieten Knowhow und Hightech aus einer Hand“, freut sich Andreas Wolf, CEO des Antriebsgeschäftes 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. „Unser Entwicklungsziel war es, mit 48-Volt-Technologie eine Fahreffizienz zu erreichen, wie sie bislang nur Hochvoltsystemen vorbehalten war. Das haben wir jetzt erreicht“, betont Stephan Rebhan, Leiter Technology & Innovation Powertrain.

Neue Entwicklungsstufe: Ein 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 gesenkt. Rein elektrisches Fahren jedoch ist mit solchen Systemen, die Continental bereits für mehrere Automobilhersteller fertigt, 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.

Neue Hybridtechnologie schöpft das derzeit technologisch Mögliche aus

Damit bietet die 48-Volt-High-Power-Technologie sämtliche Vorteile, die auch ein herkömmliches Vollhybrid-Fahrzeug mit Hochvoltsystem auszeichnen – also signifikant 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 von Continental: 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.

Continental demonstriert die neue 48-Volt-High-Power-Technologie, die darüber hinaus bereit ist für eine Serienentwicklung, in einem Versuchsträger vom Typ Ford Focus. „Wir holen mit dem neuen Hybridsystem das derzeit technologisch Mögliche aus einem 48-Volt-System heraus“, erklärt Stephan Rebhan. Mit der 48-Volt-High-Power-Technologie wird eine Vollhybridisierung ermöglicht – und zwar ohne den Aufwand und die Kosten eines Hochvoltsystems.

48-Volt-High-Power-E-Maschine mit einer Spitzenleistung von 30 kW, die eine Leistung zur Verfügung stellt, wie sie bislang nur mit Hochvolttechnik erzielt werden konnte. So wird rein elektrisches Fahren mit 48-Volt-Technologie möglich.
48-Volt-High-Power-E-Maschine mit einer Spitzenleistung von 30 kW, die eine Leistung zur Verfügung stellt, wie sie bislang nur mit Hochvolttechnik erzielt werden konnte. So wird rein elektrisches Fahren mit 48-Volt-Technologie möglich.
( Bild: Continental )

Sogar ein Plug-In-Hybridantrieb auf 48-Volt-Basis wäre denkbar

Mit Blick auf die neuen, seit 1. September 2018 gültigen 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 pro Kilometer gesenkt werden kann.

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