Continental stellt neue Lösungen für künftige 48 V-Hybrid-Architekturen vor

• Die ersten Serieneinsätze des Continental 48 Volt Eco Drive ab 2016 markieren den Beginn einer neuen Phase der milden Hybridisierung
• Ausgehend von einer Anordnung mit 48 V-Startergenerator (BSG) im Riementrieb des Motors, werden künftige 48 V-Architekturen zunehmend höher integriert sein
• Je nach Stufe der Integration wächst das Potenzial zur Kraftstoffeinsparung, weil das Energie-Management die Allianz von Verbrennungsmotor und elektrischer Energie umfassender nutzen kann

Frankfurt, Regensburg 15. September 2015. Der internationale Automobilzulieferer Continental entwickelt heute schon Lösungen für künftige 48 V-Hybridarchitekturen. Durch die Integration einer zweiten Spannungslage mit 48 V ins Fahrzeug sind entscheidende Fortschritte beim CO2-Ausstoß möglich. Schon die bei geringem Aufwand realisierbare 48 V-Architektur mit Integration des Starter-Generators in den Riementrieb des Motors (Belt Starter Generator, BSG) hat im Neuen Europäischen Fahrzyklus (NEFZ) Einsparungen von 13% gezeigt. Im innerstädtischen Verkehr wirken sich die hybriden Fahrstrategien sogar noch weit mehr aus, denn hier sind rund 20 % Einsparung möglich. Bereits 2016 wird dieser 48 V Eco Drive bei mehreren Kunden in Serie gehen.

„Künftig werden die Anforderungen an die 48 V-Technik weiter steigen“, sagte Josè Avila, Mitglied des Vorstands der Continental AG und Leiter der Division Powertrain. „Bei gleichen Kosten wird es darum gehen, mit weniger Bauraum und Gewicht noch höhere Effizienzvorteile zu realisieren. Dazu kann die Integrationsarchitektur eines 48 V-Systems einen großen Beitrag leisten. Wir entwickeln deshalb weitere 48 V-Architekturlösungen für die Zeit ab dem Jahr 2020.“

Generell geht es bei 48 V-Systemen um wesentlich mehr als um die Integration von Komponenten. Für die Höhe der Kraftstoffeinsparung ist es entscheidend, wann Energie rekuperiert wird und wann, beziehungsweise wofür der Strom genutzt wird. Nur bei einer Gesamtsystembetrachtung aller Aspekte wie Fahrzeugvortrieb, unmittelbare CO2-Ersparnis, Partitionierung der 12 V- und 48 V-Netze mitsamt deren Verbrauchern sowie der Abgasnachbehandlung, lässt sich das Zusammenspiel von Verbrennungsmotor und elektrischer Energie umfassend optimieren. „48 V-Technik geht weit über die Elektrik hinaus“, fasste Avila deshalb zusammen.

Für zukünftige Anwendungen arbeitet Continental an weiteren neuen Lösungen. In Zusammenarbeit mit Schaeffler hat Continental beispielsweise unter der Bezeichnung P2-BSG ein prototypisches Modul aus 48 V BSG und integriertem Riementrieb entwickelt, das für den Seitenanbau zwischen Verbrennungs­motor und Getriebe konstruiert ist und ab 2020 serienreif sein soll. Durch Hinzufügen einer zweiten Kupplung vor diesem Modul kann der BSG vom Riemen angetrieben werden, ohne dass der Verbrennungsmotor dabei mitgeschleppt werden muss. Dr. Oliver Maiwald, Leiter des Bereichs Technology & Innovation, Division Powertrain erklärt: „Durch die somit entfallenden Schleppverluste wird bei der Rekuperation mehr Energie erzeugt, welche für kraftstoffsparende Fahrstrategien zur Verfügung steht. Voraussichtlich lassen sich mit dieser Architektur so noch einmal rund 5% CO2 zusätzlich einsparen“.

Parallel dazu arbeitet Continental an einer dritten Integrationsstufe, die noch weiter geht. Der vollständig zwischen Motor und Getriebe integrierte Starter-Generator (Inline-Starter-Generator, ISG) wird voraussichtlich ab 2025 einsatzbereit sein. Gegenüber der zweiten Integrationsstufe bietet diese Vollintegration in der P2-ISG Anordnung das Potenzial für weitere 2% Kraftstoffersparnis, weil beispielsweise die Reibverluste durch den Riemen entfallen.

Je höher die Energieausbeute einer 48 V-Hybridisierung in Rekuperationsphasen ist, desto mehr Freiheitsgrade entstehen natürlich zur Energienutzung. Zusätzlich zur elektrischen Drehmoment­unterstützung können mit künftigen, höher integrierten Architekturen existierende und neue Hochstromverbraucher (z.B. Klimakompressor) auf die 48 V-Seite gelegt werden. Dort ist die nötige Energie vorhanden und die Komponenten arbeiten wegen der höheren Spannungslage noch effizienter.

Zu diesen 48 V-Verbrauchen kann zum Beispiel auch der neue elektrisch beheizbare Katalysator (EMICAT®) von Continental gehören. Er heizt die Katalysatorstruktur in Sekundenbruchteilen auf, sobald der Verbrennungsmotor nach einer Stillstandsphase (Start-Stopp, Coasting) wieder gestartet wird. „In Zukunft wird es vermehrt darum gehen, die richtigen Abnehmer für die Energie aus der Rekuperation zu definieren. Die eigentliche Kunst bei 48 V ist die Betriebsstrategie“, so Maiwald.

• Continental und Schaeffler präsentieren auf der IAA ein prototypisches 48 V- Riemenstartergenerator-Modul zum Einbau zwischen Motor und Getriebe
• Mit dieser zukünftigen 48 V-Architektur lassen sich kraftstoffsparende Fahrstrategien noch besser nutzen, weil mehr elektrische Energie zur Verfügung steht
• Eine zweite Kupplung erlaubt es, den Verbrennungsmotor jederzeit vom Antriebsstrang abzukoppeln und ohne Motorschleppmoment besonders wirkungsvoll zu rekuperieren

Frankfurt, Regensburg, Herzogenaurach, 15. September 2015. Aus der bereits bei dem hoch effizienten Hybridfahrzeug Gasoline Technologie Car erprobten Zusammenarbeit zwischen den internationalen Automobilzulieferern Continental und Schaeffler geht eine weitere Innovation hervor: Das kompakte Modul aus 48 V-Riemenstartergenerator (Belt Starter Generator, BSG) und integriertem Riementrieb ist eine prototypische Lösung zur Integration eines BSG zwischen Verbrennungsmotor und Getriebe. Durch Hinzufügen einer zweiten Kupplung vor dem BSG kann dieser in Rekuperationsphasen vom Riemen angetrieben werden, ohne dass der Verbrennungsmotor dabei mitgeschleppt werden muss. Durch die entfallenden Schleppverluste steht mehr Strom für kraftstoffsparende Fahrstrategien zur Verfügung.

„Der große Vorteil der BSG-Integration zwischen Verbrennungsmotor und Getriebe besteht darin, dass die Rekuperation als entscheidende Energiequelle für die 48 V-Seite effizienter wird. Wir gehen davon aus, dass ein Mild Hybrid mit 48 V Eco Drive in der sogenannten Seitenanbau-Architektur deshalb noch einmal rund 5 % CO₂ zusätzlich wird einsparen können“, sagte José Avila, Leiter der Division Powertrain und Mitglied des Vorstands bei Continental.
„Um die Kunden bei der Applikation des BSG-Moduls für den Seitenanbau zu unterstützen, haben wir den Riementrieb und die zweite Kupplung hoch kompakt integriert. Für die Serie zählt hier jeder Millimeter“, sagte Prof. Dr. Peter Gutzmer, Vorstand Technologie bei Schaeffler.
Continental geht ab 2016 bei mehreren Kunden mit dem 48 V Eco Drive in Serie. Bei den Ersteinsätzen handelt es sich um eine Integration des BSG in den Riementrieb an der Stirnseite des Motors. Diese Integration erfordert den kleinsten Eingriff in die Fahrzeugarchitektur. Um für die nächsthöhere Stufe der 48 V-Integration vorbereitet zu sein, haben Continental und Schaeffler mit dem sogenannten P2-BSG-Modul für den Seitenanbau nun ein generisches Konzept entwickelt, das beispielsweise ab 2020 einsetzbar sein soll.

Mit dieser Anordnung kann der Verbrennungsmotor jederzeit bei geschlossener Kupplung zwischen Getriebe und BSG abgekoppelt werden. Während Rekuperationsphasen entfallen damit die Reibarbeit und die Kompressorleistung des Motors, die ansonsten einen Teil der kinetischen Energie aus der Schwungmasse des Fahrzeugs „schlucken“. Steht der Motor dagegen still, so wirkt die gesamte Schwungmasse des rollenden Fahrzeugs auf den Riementrieb des BSG. Die Bremsenergierückgewinnung ist damit effizienter.

Da ein Hybrid seine Sparsamkeit einerseits durch die Rückgewinnung kinetischer Energie beim Verzögern erreicht und andererseits dadurch, dass der Verbrennungsmotor möglichst oft abgeschaltet wird, bedeutet eine wirkungsvollere Rekuperation, dass auch mehr elektrische Energie zur Verfügung steht. Intelligente Fahrstrategien wie eine elektrische Drehmomentunterstützung, eine Versorgung elektrischer Verbraucher beim Motorstillstand und ein besonders schneller, komfortabler Motorstart lassen sich umfangreicher nutzen.