Batterie mit Rädern und Stecker Welche Möglichkeiten bietet die 48-Volt-Technik? | cosinart
Technik

48-Volt-Fahrzeugelektrik

Mobil per Kleinspannung

Lesezeit ca.: 4 Minuten
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.