Hybrid-Pkw: 48-Volt-Netz nutzt dem Käufer

Mit kleinem Geld lässt sich der Kraftstoffverbrauch senken. Hybrid-Pkw mit Niedervoltnetz können das leisten. Das dürfte großen Käuferzuspruch erzielen, denn die bisher angebotenen Autos mit Duo-Antrieb und Hochvoltnetz sind teuer. Deutsche Autobauer reden vom 48-Volt-Netz. Der koreanische Hersteller Kia dreht jetzt den Zündschlüssel um. Sein Hybrid-System mit 48-Volt-Technik verspricht elektrisches Fahren mit niedrigem Tempo und bei Benzin- sowie Diesel-Motoren einen um 15 Prozent geringeren CO2-Ausstoß.Doch lassen sich durch kostengünstige Hybridlösungen markante Fortschritte in der Antriebseffizienz erzielen? Automobil-Zulieferer sind davon überzeugt und rühren dafür die Werbetrommel.

Denn mit einem zweiten installierten Bordnetz in 48-Volt-Technik,[foto id=“504357″ size=“small“ position=“right“] neben dem heute an seine Grenze gekommenen 12-Volt-Bordnetz mit maximal 3 kW Anschlussleistung, lassen sich Hybridantriebe realisieren, die den technischen Aufwand, die Kosten und die CO2-Emission deutlich senken. „Die Verwendung einer 48-V-Lösung ermöglicht heute Antriebsleistungen bis 12 kW“, erklärt Professor Peter Gutzmer, Entwicklungsvorstand des Automobil-Zulieferers Schaeffer in Herzogenaurach. Damit lasse sich eine Elektrifizierung des Pkw-Antriebs mit seinen Vorteilen verwirklichen – und das zu wirtschaftlich interessanten Konditionen. Gutzmer: „Bereits mit dieser kostengünstigen Einstiegs-Hybridisierung lässt sich eine Verringerung der CO2-Emissionen um bis zu 15 Prozent erzielen.

„Und was läuft bei den Herstellern? Im VW-Konzern wird am 48-Volt-Netz gearbeitet, ist einer Äußerung von Professor Ulrich Hackenberg, Audi-Vorstandsmitglied Technische Entwicklung, zu entnehmen. „Dank steigender elektrischer Leistung, unter anderem durch das 48-Volt-Bordnetze, lassen sich künftige E-Biturbos einsetzen“, so Hackenberg. Er sieht darin die Möglichkeit einer signifikanten Optimierung der Aufladetechnik, wenn der Abgasturbolader mit einem elektrisch angetriebenen Verdichter kooperiert. Ebenso erlaube die Kombination auch eine leistungsorientierte Auslegung des konventionellen Abgasturboladers, was zu einer deutlichen Steigerung der Literleistung des Basisaggregats führe. Ohne sich zu einem Hybrid-System in 48-Volt-Technik zu äußern, gibt es Ähnlichkeiten mit dem von Kia.[foto id=“504358″ size=“small“ position=“left“]

Mit dem jetzt vorgestellten 48-Volt-Hybrid-System plant Kia den Antriebsstrang neuer Modelle, sowohl mit Benzin- und Dieselmotoren. Wie von Hackenberg angesprochen, setzt Kia auf zwei Auflade-Einheiten beim Verbrennungsmotor. Bei niedrigen Drehzahlen presst ein elektrisch angetriebener Rotationsverdichter die Luft in den Brennraum und sorgt für Kraft im Drehmoment-Keller. Den Strom liefert die 48-Volt-Batterie. Bei höheren Drehzahlen arbeitet allein der größere, konventionelle Turbolader. „Wir entkoppeln über den elektrischen Verdichter den Ladedruck vom Motorbetrieb und können mit dem Strom aus der Batterie den Ladedruck unabhängig zur Verfügung stellen“, erklärt Dr. Michael Winkler, Manager Powertrain bei Kia im europäischen Forschungs- und Entwicklungs-Zentrum des Unternehmens, in Rüsselsheim.

Auf dem Autosalon in Genf präsentierte Kia das Mild-Hybrid-System mit 48-Volt-Bordspannung in Kombination mit einem 1,7-Liter-Dieselmotor, der 100 kW/136 PS leistet und 325 Newtonmeter maximales Drehmoment bei 2 500/min bereitstellt. Es wurde in Rüsselsheim zusammen mit externen Zulieferern entwickelt. Die Ingenieure von Kia entschieden sich für einen Blei-Kohlenstoff-Akku, weil der benötigte Energieinhalt von 0,4 kWh bis 0,7 kWh geringer ist als bei Voll-Hybrid-Systemen; aber auch weil der Akku preiswerter als eine Lithium-Ionen-Batterie ist, keine aktive Kühlung benötigt, bei Frost eine höhere Leistungsfähigkeit hat und am Ende des Lebenszyklus leichter zu recyceln ist.Und wie läuft das Zusammenspiel im Konzert der Motoren? Den elektrischen Part im Hybrid-Antrieb spielt ein kleiner 11 kW leistender Elektromotor, der den Startergenerator ersetzt. Er unterstützt den Verbrennungsmotor und lädt die 48-Volt-Batterie wieder auf. Die E-Maschine ist über Zahnriemenantrieb mit der Kurbelwelle verbunden und wandelt Bewegungsenergie beim Bremsen und im Schubbetrieb des Pkw in Strom um, der in der 48-Volt-Batterie gespeichert wird.[foto id=“504359″ size=“small“ position=“right“] Selbstverständlich ist die Start-Stopp-Funktion an Bord und der riemengetriebene Elektromotor lässt den Verbrennungsmotor nahezu geräuschlos und vibrationsfrei arbeiten. Das Mild-Hybrid-System ermöglicht das elektrische Fahren bei niedriger oder gleichbleibender Geschwindigkeit, etwa in Schrittgeschwindigkeit und in Einparksituationen.

Lohnt sich das 48-Volt-Hybrid-System? Die Ingenieure von Kia versprechen im Serieneinsatz eine Reduktion der CO2-Emissionen, also des Kraftstoffverbrauchs, um bis zu 15 Prozent. Zugleich verweisen sie auf den elektrischen Verdichter, durch den die Kraftentfaltung des Verbrennungsmotors je nach Einsatz um 15 Prozent bis 20 Prozent gesteigert werden könne.Und was kann der Autokäufer von der 48-Volt-Technik erwarten? Speziell im Ringen um die Mehrkosten zur Erfüllung des CO2-Limits von 95 g/km im Jahr 2020 in Europa? Eine Einschätzung ist schwierig, doch Schaeffler-Entwicklungs-Chef Gutzmer ist überzeugt, dass bei Fahrzeugen der Kompaktklasse mit 1 500 Euro bis 3 000 Euro Mehrkosten zu rechnen ist, aber kleineren Autos mit Mild-Hybrid- und 48-Volt-Lösungen klarkommen können. Gutzmer: „Für Nordamerika haben wir beispielsweise ein Paket für einen typischen SUV mit Motor-Start-Stopp-Fähigkeit und einem optimierten verbrennungsmotorischen Antriebsstrang vorentwickelt. Dieses beispielhafte Fahrzeug erfüllt die Anforderungen des Jahres 2020 ohne Hybridisierung, und das mit Zusatzkosten von rund 600 Dollar.