ANTRIEB + ANTRIEBSSTRANG
ANTRIEB + ANTRIEBSSTRANG Oliver Maiwald, Leiter Technology & Innovations bei der Division Powertrain von Continental „48-Volt-Hybride stoßen in Leistungsbereiche von kleineren Vollhybriden vor“ Das Hybridsystem „48-Volt Eco Drive“ von Continental kann nicht nur rekuperieren und boosten, sondern ist in eine intelligente Betriebsstrategie eingebettet, sagt Dr.-Ing. Oliver Maiwald, Leiter Technology & Innovations bei der Division Powertrain von Continental. Automobil Konstruktion Continental warb Anfang des Jahres auf der CES in Las Vegas mit einem „Connected Energy Management“ (CEM) in Verbindung mit seinem 48-Volt-Mildhybridsystem. Was muss man sich darunter vorstellen? Beim CEM verknüpfen wir hoch aufgelöste Straßendaten des E-Horizon und vom Fahrzeug – zum Beispiel per Radarsensorik generierte – aktuelle Verkehrsinformationen mit der Steuerung unseres 48-Volt Eco Drive. Die Algorithmen des Connected Energy Managers Das Interview führte Hartmut Hammer, freier Mitarbeiter der AutomobilKonstruktion „Wenn in das 48-Volt- Teilbordnetz künftig weitere Leistungsverbraucher integriert sein sollten, könnte die rekuperierte Energie ganz effizient direkt für diese 48-Volt-Systeme verwendet werden.“ Dr.-Ing. Oliver Maiwald, Leiter Technology & Innovation, Continental Division Powertrain Bilder: Continental können damit die Fahrstrategie des Hybridantriebs optimal an die kommende Strecke anpassen und so dessen Energieeffizienz verbessern. Sie können dem Fahrer etwa empfehlen, den Fuß vom Gas zu nehmen, sobald er sich einer Stoppstelle, roten Ampel oder einer (auch temporären) Geschwindigkeitsbegrenzung nähert. Dann wird der Motor abgeschaltet und vom Antriebsstrang entkoppelt, das Fahrzeug rollt möglichst lange aus und wechselt zum optimalen Zeitpunkt in die Rekuperationsphase. So kann das 48-Volt-System unter veränderten Randbedingungen stets die größtmögliche Energiemenge „ernten“, sprich, Bewegungsenergie in elektrische Energie umwandeln. Der Einsatz der Radbrem- sen, die Bewegungsenergie lediglich in Wärmeenergie umwandeln, wird dadurch in einem beträchtlichen Umfang vermieden. Automobil Konstruktion Wann können wir CEM auf der Straße „erfahren“? Etwa 2018 dürfte es soweit sein. Allerdings wird das CEM weitgehend im Hintergrund und für den Autofahrer fast nicht bemerkbar agieren. Es wird aus den vorhandenen Daten individuell eine optimale Fahrstrategie ermitteln. Übrigens nicht nur für die einsehbaren Streckenabschnitte, sondern weit darüber hinaus, Stichwort Prädiktion. So wird CEM auch Daten wie Zufahrtsbeschränkungen für Innenstädte berücksichtigen. Denn je nach Rekuperationspotenzial auf der vor mir liegenden Stadtdurchfahrt muss CEM dann entscheiden, ob ich mit einer vollen Batterie in das Stadtgebiet fahre oder ob ich im Stadtgebiet die nötige elektrische Energie rekuperieren kann. Automobil Konstruktion Wie hoch ist der Spareffekt von CEM? Besonders das Motor-aus-Segeln, ein abgeschalteter und vom Antriebsstrang abgekoppelter Verbrennungsmotor, erweist sich als sehr effizient – analog zum Start-Stopp-System. Wir schätzen, dass ein Fahrzeug bis zu 25 Prozent seiner Fahrtstrecke ohne verbrennungsmotorischen Antrieb zurücklegen kann. Unter dem Strich spart das CEM nochmals drei bis vier Prozent Kraftstoff in der 48-Volt- Anwendung ein, ohne dass technisch in die Hybridarchitektur eingegriffen werden muss. Automobil Konstruktion Apropos Hybridarchitektur: Wie ist das 48-Volt Eco Drive System von Continental technisch aufgebaut? 48-Volt Eco Drive setzt beim Serienstart in diesem Jahr auf einen per Riementrieb eingebundenen wassergekühlten Asynchronmotor. Dafür haben wir einen 48-Volt-Baukasten entwickelt, der nicht nur Elektromotoren mit Rekuperationsleistungen von 10 bis 16 Kilowatt 34 AutomobilKonstruktion 2/2016
Das GTC II setzt hybride Betriebsstrategien in einem Fahrzeug mit Handschaltgetriebe um. Zusammen mit der elektrifizierten Kupplung ermöglicht die Betriebsstrategie des 48-Volt Eco Drives Funktionen wie elektrisches Anfahren und Stop-and-Go sowie eine Rekuperation bis fast in den Stand Leistungen umfasst, sondern auch die dazu passenden Riemen, DC/DC-Wandler als Verbindung zum 12-Volt-Netz sowie das Batteriemanagement. Die passenden Lithium-Ionen- Energiespeicher und Riemenspanner sowie die Verkabelung des 48-Volt-Teilbordnetzes bezieht Continental von Lieferanten. In dieser ersten Ausbaustufe spart 48-Volt Eco Drive im Schnitt etwa 13 Prozent Kraftstoff im NEFZ, im Stadtverkehr sogar bis zu 21 Prozent. Automobil Konstruktion Sind schon weitere Ausbaustufen in Planung? Etwa 2019 oder 2020 werden wir eine P2-Architektur anbieten, bei der das 48-Volt-System samt Riementrieb zwischen Motor und Getriebe angebracht sein wird. Diesen Ansatz haben wir erst kürzlich in der zweiten Generation des Gasoline Technology Car (GTC II) – ein Technologieträger von Continental und Schaeffler in enger Zusammenarbeit mit Ford – auf dem diesjährigen Motorensymposium in Wien vorgestellt. Die elektrische Maschine ist beim GTC II mit einem Riemen zwischen Verbren- nungsmotor und Handschaltgetriebe angebunden. Zwei Kupplungen, in Antriebsrichtung vor und hinter dem Riementrieb, erlauben es, den Verbrennungsmotor vollständig abzukoppeln und die elektrische Maschine komplett unabhängig vom Verbrennungsmotor zu nutzen. So ist beim GTC II Segeln ebenso möglich wie elektrisches Anfahren, etwa im Stau. Automobil Konstruktion Was hat das für Vorteile? Weil das Schleppmoment des Motors entfällt, kann in Verzögerungsphasen mehr kinetische Energie für die Rekuperation genutzt werden. Nicht zuletzt deshalb verzeichnen wir beim GTC II einen mehr als 25 Prozent geringeren Kraftstoffverbrauch im Vergleich zum Serien- Referenzfahrzeug. Zusätzlich wird die Abkühlung des Verbrennungsmotors und der Abgasnachbehandlung durch die Vermeidung des verbrennungsmotorischen Schubbetriebes reduziert. Dank des ebenfalls eingebauten elektrisch beheizbaren 48-Volt-Katalysators von Continental setzt die Umwandlung von Rohemissionen im Katalysator auch nach langen Motor-Aus-Phasen sofort wieder ein. Diese Strategie trägt wesentlich dazu bei, dass das GTC II die strengen Emissionsgrenzwerte der Abgasnorm Euro 6c (2017/2018) erfüllt. Automobil Konstruktion Was hat Continental sonst noch in dieser Richtung vor? Parallel dazu entwickeln wir einen riemenlosen, direkt auf der Kurbelwelle sitzenden Starter-Generator in Form eines Scheibenläufers. Diese Integrationsstufe vermeidet zusätzlich die Reibverluste des Riementriebs und könnte noch einmal zwei bis drei Prozent mehr Kraftstoff sparen. Sie würde sich auch für kurze elektrische Fahrphasen wie Ein/Ausparken oder das Stauschieben im Stadtverkehr hervorragend eignen. Dafür sind leistungsstärkere 48-Volt-Elektromotoren erforderlich, die aber mit künftigen Leistungen von 20 Kilowatt oder sogar mehr bereits am Horizont sichtbar sind. Dermaßen optimierte 48-Volt-Hybride würden damit in die Leistungsbereiche von kleineren Vollhybriden vorstoßen und diese eventuell ersetzen können. www.continental.de Zur Person Dr.-Ing. Oliver Maiwald (42), studierte Maschinenbau in Stuttgart und promovierte in Karlsruhe. Danach wechselte er zur IAV in die Vorentwicklung. Nach weiteren Stationen bei Bertrandt (Powertrain-Entwicklung) und Delphi (Diesel Systems) trat er im Januar 2014 bei der Continental Division Powertrain als Leiter Technology & Innovation ein. 2/2016 AutomobilKonstruktion 35
