Whitepaper_Der Antriebsstrang in der Transformation_SEG Automotive

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5. 48V Hybridisierung als effizientes
Mittel, CO 2
einzusparen
In den vorherigen Kapiteln zeigte sich in einigen Szenarien, dass eine 48V-Hybrid-Technologie
zum aktuellen Zeitpunkt die effizienteste Lösung sein könnte, um den CO 2
-Ausstoß über den
Lebenszyklus zu minimieren (vgl. „Cradle to Grave“ Betrachtung ab Seite 20). Insbesondere gilt
dies für die Märkte Deutschland, USA, Indien, China und sonstige Schwellenländer, bei denen
sich auf Grund des zu hohen Anteils fossiler Brennstoffe am Strommix reine EVs aktuell und
mittelfristig nur eingeschränkt rechnen. Dieses Kapitel erklärt, was genau hinter 48V steckt und
wie es perspektivisch mit der Technologie weitergeht.
5.1 Wie funktioniert die 48V-Hybridtechnologie?
Bei der 48V-Technologie wird der herkömmliche Generator durch eine sogenannte Boost Recuperation
Machine (BRM) ersetzt. Sie nutzt die aus der Formel 1 bekannte Technologie der
Bremskraftrückgewinnung („Rekuperation“), um eine 48V-Batterie aufzuladen. Im Realbetrieb
werden so bis zu 15% Sprit und damit CO2-Emissionen eingespart sowie weitere Zusatzfunktionen
wie „Boost“ und „Segeln“ ermöglicht [vgl. Infokasten – Leistungsspektrum BRM].
Der große Vorteil: Der Aufwand dafür ist gering. Die BRM ersetzt den Generator in seinem Bauraum
am Riemen („P0-Topologie“) – sie lässt sich also ohne signifikante Eingriffe in die Architektur
des Antriebsstranges der gängigen Fahrzeugplattformen integrieren. Im Gegensatz zu
einem PHEV ist für diese Mildhybridisierung keine Hochvoltsicherheitsarchitektur notwendig
und die Doppelmotorisierung (Verbrenner + E-Motor) entfällt. Damit wird mit minimalen Kosten
ein Großteil des Leistungsspektrums eines PHEV abgedeckt und in vielen Märkten auch eine
bessere CO 2
-Bilanz erreicht.
Leistungsspektrum BRM
Das „Upgrade“ von einem konventionellen Generator auf eine BRM bringt eine erhebliche Steigerung
des Leistungsspektrums mit sich: Bremsenergie wird zurückgewonnen (Rekuperation);
bei erhöhtem Leistungsbedarf wird der Motor unterstützt (Boost); das Auto kann in den Segel-Modus
(Coasting) wechseln und bei über 100km/h mit abgeschaltetem Motor fahren; der
Motor kann besonders leise aus dem Stand starten (Komfortstart); applikationsabhängig kann
das Auto vollelektrisch rangiert werden. Das Ergebnis: Die BRM träg erheblich dazu bei, Kraftstoff
zu sparen und damit auch den Ausstoß an CO 2
zu senken – unter Realbedingungen bis
zu 15 Prozent. Gleichzeitig speist sie ein leistungsstarkes 48-Volt-Netz, über das auch Hochleistungs-Verbraucher
wie elektrische Bremskraftverstärker oder Wankstabilisatoren sicher
versorgt werden.
5.2 Verfügbarkeit & Perspektive 48V
Noch sind die BRM und damit 48V nur in ausgewählten Fahrzeugen verfügbar. Die Technologie
wurde 2013 erstmals vorgestellt und ging 2017 bei einzelnen Fahrzeugen in Serie. 2018 und
2019 wird sich die Technologie vor allem in der oberen Mittelklasse weiter ausbreiten und in der
Folge auch andere Fahrzeugsegmente durchdringen.
Denn in der Fachwelt herrscht Konsens darüber, dass die Kosten für die Implementierung derartiger
48V-Hybrid-Systeme signifikant unter den zu erwartenden Strafzahlungen liegt und die
Implementierung für Hersteller und in Folge auch für die Endkunden wirtschaftlich ist. 42 Für die
EU beispielsweise entspricht eine Einsparung von 10g CO 2
einer vermiedenen Strafzahlung von
950€ 43 - und deckt damit im Wesentlichen die Systemkosten für die BRM ab, welche zudem
noch Mehrwerte für den Fahrer schafft. Bei der Erreichung zukünftiger Verbrauchsziele wird die
BRM daher eine Schlüsselfunktion einnehmen. Für OEMs bietet sich ein Modellmix aus kontinuierlich
steigendem EV-Anteil und konsequentem Einsatz von 48V-BRM-Lösungen für die
restliche Flotte an..
Inzwischen taucht die magische Zahl „48“ auch in der Werbung auf als wesentliches Technikfeature
auf, etwa bei der neuen Mercedes E-Klasse. 48V wird dort als wesentlicher Kaufanreiz
in den Mittelpunkt gestellt und der Kunde mit BRM-Features wie Komfort-Start und Boost umworben.
44
Parallel wird bereits an den zukünftigen Generationen der BRM gearbeitet, um noch höhere
Leistung und weitere CO 2
-Einsparungen zu realisieren. Statt wie bisher am Riemen (P0) sind
dabei u.a. eine Platzierung im Umfeld des Getriebes (P2) oder an der Hinterachse (P3/P4) in
Untersuchung.
P2: Getriebe
Besten Kosten/
Nutzen Verhältnis
P0: Aktuelle
Generation
Einfachste Integration
BRM ist am Riemen platziert
Bis zu 15% CO
2
Einsparung gegenüber Motor
ohne Start-Stopp
Systemkosten und Implementierungsaufwand gering
Rein elektrisches Fahren kaum möglich
BRM wird im Umfeld des Getriebes platziert
Bis zu 22% CO
2
Einsparung gegenüber Motor
ohne Start-Stopp
Systemkosten und Implementierungsaufwand erhöht
Eingeschränktes elektrisches Fahren möglich
Mittelfristig ist beispielsweise vorstellbar, dass man eine BRM am Riemen mit zwei BRMs an
der Hinterachse kombiniert. Die P0-Platzierung sorgt in dieser Überlegung für höchsten Komfort
bei Start & Start-Stopp, die P4-Platzierungen für zusätzliche Rekuperation und ausreichend
Leistung für reinelektrisches Fahren in der Innenstadt. Insgesamt ergäbe sich so eine kostengünstigere
Alternative zum PHEV, welche auf aufwändige Hochvoltsicherheitsarchitekturen
verzichten kann.
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Quelle: SEG Automotive
Vorteile 48V im Überblick
- Kostengünstige Lösung für Verbraucher (durch Spriteinsparungen)
und OEMs (durch niedrige Systemkosten und einfache Integration in
bestehende Fahrzeugplattformen)
- Reduktion der CO 2
-Emissionen um bis zu 15% gegenüber herkömmlichem
Verbrennungsantrieb
- Zusatzfunktionen wie Boost, Segeln und Komfort-Start-Stopp
- In Märkten mit mittlerem bis hohem fossilem Brennstoffanteil an
der Stromgewinnung (Deutschland, China, USA, Indien etc.) sehr gutes
oder sogar bestes Emissionsprofil
P3 / P4: Hinterachse
Skalierbarkeit für
elektrisches Fahren
BRM ist über Differentialgetriebe mit der Achse
verbunden
Bis zu 25% CO2 Einsparung gegenüber Motor
ohne Start-Stopp
Systemkosten und Implementierungsaufwand erhöht
Umfangreiches elektrisches Fahren möglich
44
30 führt zu 95g finalen Emissionen.
31
42
Quelle: Liebl, Johannes, Beidl, Christian: Internationaler Motorenkongress 2017
(Proceedings), p. 292
43
Beispielrechnung: 10% Verbrauchsreduzierung bei einem Dieselmotor mit 105g CO² Normverbrauch
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