Image: Mobil per KleinspannungFERCHAUFERCHAUWelche Möglichkeiten bietet die 48-Volt-Technik? | cosinart
Technik48-Volt-Fahrzeugelektrik

Mobil per Klein­span­nung

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Christoph Hammerschmidt

Christoph Hammerschmidt

freier Journalist

Angetreten, um den Benzindurst von Verbrennungs­mo­toren zu bändigen, eröffnet die 48-Volt-Technik für automobile Bordnetze neue Perspektiven für die urbane Mobilität.

25. August 2017

Im Sommer 2011 traten bei einer Tagung für Fahrzeuge­lek­tronik fünf Herren auf das Podium. Was die Entwicklungs­ma­nager von Audi, BMW, Daimler, Porsche und Volkswagen zu sagen hatten, sorgte für Spannung: Sie kündigten die Einführung einer zweiten Spannungs­ebene von 48 Volt in ihren Fahrzeugen an, zusätzlich zur üblichen 12-Volt-Batterie.

Der Grund für ihren Vorstoß: Elektrische und elektroni­sche Systeme in modernen Fahrzeugen benötigen immer mehr Leistung – die lässt sich mit den herkömmli­chen 12-Volt-Netzen nur mühsam aufbringen. Denn nach den Gesetzen der Physik benötigt die Übertragung einer vorgegebenen Leistung bei höherer Spannung weniger Strom als bei niedrigerer Spannung. Um starken Strom bei niedriger Spannung durch die Leitung zu pressen, ist ein höherer Leitungs­quer­schnitt nötig. Dicke Leitungen bedeuten aber viel Gewicht, hohe Kosten und unprakti­sche, steife Kabel. Höhere Spannung macht die Verkabelung also kostengüns­tiger und flexibler.

Aus diesen simpel erscheinenden Zusammen­hängen ergeben sich weitreichende Konsequenzen für die Antriebs­ar­chi­tektur von Fahrzeugen, speziell für Hybride. Die 48-Volt-Spannungs­ebene ermöglicht eine Vielzahl konstruk­tiver Maßnahmen zur Senkung des Kraftstoff­ver­brauchs und damit zur Reduzierung des CO2-Ausstoßes. Seit der Ankündigung der Automanager vor sechs Jahren hat sich rund um die 48-Volt-Technik daher eine Entwicklungs­land­schaft gebildet, die neue Perspektiven eröffnet.

Leistung auf Abruf

Eine der grundlegenden Überlegungen der 48-Volt-Technik war auf die Nebenaggre­gate des Fahrzeugs gerichtet, etwa Kühlmittel­pumpe, Servolen­kung und Klimakom­pressor. Diese werden meist vom Motor direkt angetrieben und belasten ihn permanent. Wäre es nicht eleganter, diese Aggregate abzukoppeln und nur bei Bedarf zuzuschalten? Elektrisch lässt sich das leichter realisieren als per Mechanik. Die Stichworte lauten „Power on Demand“ und „Elektrifi­zie­rung der Nebenaggre­gate“. So wird der Motor nur dann belastet, wenn die Leistung wirklich benötigt wird. Die höhere Spannung ist dafür eine Bedingung, ein elektrischer Klimakom­pressor etwa verbraucht bis zu fünf Kilowatt. Ähnlich die Wankstabi­li­sie­rung: Sie benötigt kurzfristig viel Strom, aber eben nur kurz, sofern sie elektrisch ausgeführt ist. Dagegen beansprucht sie als hydrauli­sche Variante den Motor ständig.

Noch größer ist das Potential der 48-Volt-Technik für Hybridan­triebe. Im Grunde sind wohl alle Mikro- und Mild-Hybrid-Varianten an die 48-Volt-Technik gebunden, denn sie erlaubt es, den konventio­nellen Anlasser durch einen kombinierten Starter-Generator zu ersetzen. Je nach dessen Lage im Antriebs­strang ermöglicht er unterschied­liche Funktionen wie das automati­sche Wiederan­springen nach Ampelstopp, die Energie-Rückgewin­nung beim Bremsen, elektrische Unterstüt­zung des Verbrenners beim Beschleu­nigen – das „Boosten“ – oder auch das sogenannte „Segeln“, bei dem der Verbrenner unter Aufrecht­er­hal­tung der Stromerzeu­gung durch den Motor-Generator zeitweise abgeschaltet wird.

Ein Viertel weniger Kraftstoff­ver­brauch

Welchen Einfluss die 48-Volt-Technik auf die Effizienz des Verbrenners haben kann, zeigen Demonstra­ti­ons­fahr­zeuge wie das „Gasoline Technology Car“ (GTC). Dieses wurde vom Fahrzeug­her­steller Ford mit den Zulieferern Schaeffler und Continental auf der Basis eines Serienfahr­zeugs vom Typ Ford Focus entwickelt und auf dem Wiener Motorkon­gress 2014 vorgestellt. Das GTC macht umfangreich Gebrauch von den Möglichkeiten der 48-Volt-Technik. Laut Werksangaben soll es 17 Prozent weniger Kraftstoff verbrauchen als ein Fahrzeug mit gleicher Motorisie­rung und herkömmli­cher Elektrik. Die Version GTC II schluckt laut Hersteller sogar 25 Prozent weniger Sprit.

Noch weiter gehen Entwicklungen, bei denen die 48-Volt-Spannungs­lage gleich ganz zur elektrischen Fortbewe­gung genutzt wird. Solche Autos können zwar nicht mit den Mainstream-Elektrofahr­zeugen mithalten, die eine Hochspan­nungs­bat­terie mit 600 Volt und mehr antreibt. Aber weil 48 Volt als unkritische Kleinspan­nung gelten, erübrigen sich bei diesen Fahrzeugen viele Sicherheits­maß­nahmen, die Geld und Gewicht kosten.

Lösung für die Mobilität in der Stadt

So hat der Zulieferer Mahle kürzlich ein Konzeptfahr­zeug vorgestellt, das zwei Elektromo­toren zu je 14 Kilowatt besitzt und mit 48 Volt angetrieben wird. Ein Schaltge­triebe benötigt es nicht. Dank Torque Vectoring, bei dem jedem Rad gezielt ein anderes Drehmoment zugeteilt wird, ist das Auto wendiger. Ein ähnliches Beispiel ist das Stadtauto e.Go des gleichna­migen Anbieters, einer Ausgründung der TU Aachen. Die 48-Volt-Elektrik stammt in diesem Fall von Bosch.

Sogar im Zweirad-Markt hat die 48-Volt-Technik Einzug gehalten, sichtbar an Elektrorol­lern wie der E-Schwalbe von Govecs oder den Scootern der Sharing-Firma Coup in Berlin. „Damit entsteht eine ganz neue Kategorie von preiswerten, leichten City-Flitzern, die vorrangig den Bedarf urbaner Mobilität in der Zukunft decken sollen – und das nicht nur für aufstrebende Länder wie China oder Indien. Sondern natürlich auch für Europa“, sagte Bosch-Vorstands­mit­glied Markus Heyn auf der Hausmesse des Unterneh­mens im vergangenen Juli.