Wie Elektro-Power den Motor agiler und grüner macht

Das 48 Volt Mildhybrid Auto zeigte bei Fahrdemonstration in Wuppertal was in ihm steckt. Ingenieure beider Antriebsfraktionen erläuterten gemeinsam warum 48 Volt-Mildhybrid nicht nur die guten Eigenschaften beider Motortechnologien kombiniert, sondern auch reif für die breite Markteinführung ist. Und, zeigten mit den Fingern auf die Innovationen, die eben nur Experten für Bordnetzarchitekturen sich einfallen lassen.Ein wegweisendes 48 Volt-Mildhybrid-Antriebskonzept, das durch seine innovativen Einzelkomponenten und eine hohe Systemintegration überzeugt. Denn es ermöglicht die Einhaltung strenger Abgasvorschriften ohne Abstriche bei der Fahrdynamik und ist für unterschiedliche Fahrzeugsegmente geeignet.

Das Delphi Konzept für umweltschonende Fahrfreude

Mit dieser Technologie lassen sich der Kraftstoffverbrauch und die Emissionen des Pkw-Verkehrs auf breiter Front nachhaltig senken. Dabei lässt sich das 48 Volt Spannungsnetz mit seinen 48 Volt Komponenten mit bestehenden 12 Volt Bordnetzen zu einem Multi-Volt Bordnetz kombinieren. Moderne Technik macht das möglich.

48 Volt Technik von Delphi

Die neue 48 Volt Verbindung bald Standard?

Internationales Entwicklerteam arbeitet gemeinsam am Mildhybrid-Antrieb
Die Spezialisten für elektrische und elektronische Architekturen des Delphi Technologiezentrums Wuppertal haben zusammen mit den Ingenieuren für Antriebstechnik im Technologiezentrum Luxemburg zwei 48 Volt-Mildhybrid-Technologieträger konzipiert. Sie basieren auf dem Serienmodell Honda Civic 1.6 i-DTEC. Dessen sehr effizienter Dieselmotor gilt als Benchmark stellt somit eine Herausforderung für das Optimierungspotenzial der 48 Volt-Mildhybrid-Technik dar.

10% weniger – schon zu Beginn der Tests

Eine Herausforderung, der sich die Delphi-Ingenieure bereits mit Erfolg stellen, wie Edmund Erich, Director Electrification 48V/Mildhybrid und verantwortlicher Projektleiter, bestätigt: „Obwohl die Entwicklung der beiden Versuchsträger noch in vollem Gange ist ( das nennen die Experten „A-Muster-Phase“) und das Zusammenspiel der Komponenten noch weiter optimiert wird, konnten wir bereits in der Anfangsphase unser Arbeit den Kraftstoffverbrauch um mehr als 10 Prozent reduzieren.“ Dementsprechend zeigen die Automobilhersteller sehr großes Interesse an diesem innovativen Antriebskonzept. Innerhalb der nächsten 18 Monate wird Delphi die Serienfertigung von 48 Volt-Mildhybrid-Systemen für zwei Kunden aufnehmen.

Ausgewählte und optimierte Komponenten
Herzstück des 48 Volt-Mildhybrid-Systems in den beiden Technologieträgern von Delphi ist ein Elektromotor mit einer Spitzenleistung von 13,5 Kilowatt samt integrierter Leistungselektronik. Er ist per Riementrieb mit dem Verbrennungsmotor verbunden, sorgt für einen sehr schnellen und komfortablen Motorstart und arbeitet auch als Generator und Booster. Die E-Maschine entwickelt ab Drehzahl Null ein Drehmoment bis zu 150 Newtonmeter, das den Verbrennungsmotor beim Anfahren und Beschleunigen wirkungsvoll unterstützt. Bei Bremsvorgängen wandelt der Startergenerator mit der gleichen Leistung Bewegungsenergie in elektrische Energie um.

Die rekuperierte Energie wird in einer Lithium-Ionen-Batterie mit 0,7 Kilowattstunden Energieinhalt gespeichert. Diese Batteriegröße ist erstens ausreichend, um die Energieflüsse eines 48 Volt-Mildhybrid-Systems abzudecken. Zweitens verursacht sie deutlich geringere Batteriekosten als bei anderen Hybridsystemen oder reinen Elektrofahrzeugen. Edmund Erich: „Ein 48 Volt-Mildhybrid-System kann 70 Prozent des Kraftstoff-Einsparpotenzials eines Vollhybrid-Systems bei nur 30 Prozent von dessen Kosten erschließen.“

elektrische Power

Blick auf den Riemen-Generator

Elektrischer Verdichter: Für ein noch besseres Ansprechverhalten des Antriebs bei niedrigen Drehzahlen haben die Delphi-Techniker zusätzlich einen elektrisch angetriebenen Verdichter mit 5 Kilowatt Leistung in das 48 Volt-Bordnetz integriert. Dieser Verdichter stellt zu jeder beliebigen Motordrehzahl spontan Ladedruck bereit und kompensiert so den prinzipbedingten Nachteil des Turboladers. Ergebnis sind durchschnittlich 25 Prozent mehr Drehmoment im niedrigen Drehzahlbereich und ein sehr agiles Beschleunigungsverhalten. Bei der Fahrt im Delphi-Technologieträger ist vom berüchtigten „Turboloch“ nichts mehr zu spüren.

Andere wichtige Komponenten im 48 Volt-Bordnetz sind die von Delphi selbst entwickelten Kabelsätze sowie der DC/DC-Konverter. Der Konverter versorgt das weiterhin vorhandene 12 Volt-Bordnetz mit Energie, da der Generator die Energie direkt in das 48 Volt-Bordnetz einspeist. In das 48 Volt-Bordnetz des Versuchsträgers wird Delphi künftig weitere Systeme mit einem höheren Leistungsbedarf einbinden. Das können beispielsweise ein PTC-Zusatzheizer, ein Klimakompressor, eine Frontscheibenheizung, Flüssigkeitspumpen, ein elektrisch beheizter Katalysator, Kühlsysteme oder Fahrwerksysteme wie eine Wankstabilisierung sein.

Systemkompetenz erhöht Systemeffizienz
Der Charme eines 48 Volt-Mildhybrid-Antriebs liegt in seinen attraktiven Systemkosten, die Delphi mittelfristig bei unter 1000 Euro sieht. Über die Jahre dürfte der geringere Kraftstoffverbrauch den Systemaufwand dann mehr als aufwiegen. Dieses positive Nutzen-Kosten-Verhältnis schlägt sich auch in den Zukunftsprognosen nieder. „Die Analysten von IHS sagen voraus, dass 2025 weltweit jedes zehnte Fahrzeug mit einem 48 Volt-Mildhybrid-Antrieb ausgerüstet sein wird“, so Edmund Erich. „Das wären etwa 12 Millionen Einheiten pro Jahr. In Europa könnte dann sogar jedes zweite oder dritte Neufahrzeug diese Technologie an Bord haben.“ Delphi kann durch seine umfassende Systemkompetenz die volle Flexibilität des 48 Volt-Mildhybrids erschließen. „Hier kommt insbesondere Delphis spezifisches Know-how auf dem Gebiet des Antriebssstranges un der komplexen Vernetzung von Systemkomponenten zum tragen“ betont Dr. Sebastian Schilling Engineering Direktor Europa des Delphi Geschäftsbereiches Powertrain. „Nur durch das Systemverständnis kombiniert mit dem Wissen um die Verbrennungsprozesse und ihrer Eigenschaften in den Motoren läßt sich ein 48 Volt System im Hinblick auf motorische Anforderungscharaktera optimal in den Antriebsstrang einbinden.“

Spezifische 48 Volt Lösungen optimieren Gesamtsystem
Die Technologiezentren in Luxemburg und Wuppertal verfügen über breites Fachwissen zu Verbrennungsmotoren, Elektroantrieben, zur Leistungselektronik, Energieverteilung und der Bordnetztechnik. Beispielsweise baut Delphi als erster Zulieferer 48 Volt-Steckverbinder ein, die speziell für diese Spannungslage entwickelt wurden. Sie verfügen über Korrosions- und Sicherheitsfunktionen, ihre Ringkabelschuhe sind zudem wasserdicht geschützt. Kevlarverstärkungen schützen die Kabel in kritischen Bereichen vor Abscheren und Bruch, um so Lichtbogeneffekte auszuschließen. Um diese unerwünschten Ereignisse zu vermeiden, hat Delphi auch Algorithmen entwickelt, die kontinuierlich die Spannung überwachen, so die Gefahr eines Lichtbogens frühzeitig erkennen und dann das 48 Volt-Bordnetz sofort abschalten. Ein weiteres Highlight in den Konzeptfahrzeugen sind die neuen 48 Volt-Energieverteiler, die 2017 in Serie gehen werden.

Delphis flexibles und modulares 48 Volt Konzept
Auf Softwareseite sorgt die modellbasierte Softwareentwicklung für eine größtmögliche Flexibilität. Durch diesen modellbasierten Ansatz kann man die Software mit geringem Aufwand rasch an unterschiedliche Kundenwünsche anpassen und sie ist unabhängig von der Antriebseinheit. Funktioniert quasi wie ein Baukastenprinzip. Bemerkenswert ist auch das Engine-Management. Dieser „Supervisor“ kontrolliert die gesamten Energieflüsse des 48 Volt-Systems. Eingebettet ist die Mildhybrid-Steuersoftware in die Serien-Motorsteuerung – eine weitere Domäne im Delphi-Portfolio.
Dieser umfassende Systemansatz aus Know how für den Verbrennungsmotor und den Elektroantrieb, die Leistungselektronik und elektrische Architektur sowie die dazugehörige Systementwicklungs-Kompetenz unterscheidet Delphi von den Wettbewerbern. Damit entspricht man den Wünschen der Automobilhersteller, die für die Systementwicklung einen Partner bevorzugen, der den Entwurf von Komplett-systemen beherrscht und kundenspezifische Lösungen ermöglicht.

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