ELEKTRONIK + SOFTWARE
ELEKTRONIK + SOFTWARE Konzept für ein 48-Volt-Mildhybrid-System Delphi setzt auf Systemkompetenz statt nur Komponenten-Know-how Bild: Delphi Der Charme eines 48-Volt-Mild hybrid-Antriebs liegt in seinen attraktiven Systemkosten, die Delphi mittelfristig bei unter 1000 Euro sieht Delphi Automotive hat ein 48-Volt-Mildhybrid-Antriebskonzept entwickelt, das durch eine hohe Systemintegration glänzt. Elektromotor, elektrischer Verdichter, Leistungselektronik und Batterie wurden sorgfältig aufeinander und mit dem Bordnetz abgestimmt. Der Autor: Hartmut Hammer, freier Mitarbeiter der AutomobilKonstruktion Aufgebaut wurde der 48-Volt-Mildhybrid-Technologieträger von den Spezialisten für elektrische und elektronische Architekturen des Delphi-Technologiezentrums Wuppertal zusammen mit den Ingenieuren für Antriebstechnik im Technologiezentrum Luxemburg. Als Basis wählten sie das Serienmodell Honda Civic 1.6 i-DTEC. Dessen Dieselmotor gilt als Benchmark in Sachen Effizienz, außerdem liefert Delphi das Serien-Einspritzsystem und war an der Serienkalibrierung beteiligt. Herzstück des 48-Volt-Mildhybrid-Systems ist ein Elektromotor von Magneti Marelli mit einer Spitzenleistung von 13,5 kW samt integrierter Leistungselektronik. Er ist per Riementrieb mit dem Verbrennungsmotor verbunden, sorgt für den Motorstart und arbeitet auch als Generator und Booster. Die E-Maschine entwickelt ab Drehzahl Null ein Drehmoment von 150 Nm. Bei Bremsvorgängen wandelt sie mit der gleichen Leistung Bewegungsenergie in elektrische Energie um. Mehr Potenzial bei geringeren Kosten Die rekuperierte Energie wird in einer Lithium- Ionen-Batterie von Fiamm mit 0,7 kWh Energieinhalt gespeichert. Diese Batteriegröße ist laut Delphi ausreichend, um den Energiebedarf eines 48-Volt-Mildhybrid-Systems abzudecken, und hält die Batteriekosten deutlich niedriger als bei anderen Hybridsystemen oder reinen Elektrofahrzeugen. Laut Delphi kann ein gut ausgelegtes 48-Volt-Mildhybrid- System 70 % des Kraftstoff-Einsparpotenzials eines Vollhybrid-Systems bei nur 30 % von dessen Kosten erschließen. Für ein noch besseres Ansprechverhalten des Antriebs bei niedrigen Drehzahlen haben die Delphi-Techniker zusätzlich einen elektrisch angetriebenen Verdichter von Honeywell mit 5 kW Leistung integriert. Er stellt zu jeder beliebigen Motordrehzahl spontan Ladedruck bereit und kompensiert so das prinzipbedingte Turboloch der Abgasturbine. Ergebnis sind durchschnittlich 25 % mehr Drehmoment im 36 AutomobilKonstruktion 4/2016
niedrigen Drehzahlbereich und ein sehr agiles Beschleunigungsverhalten, was bei der Fahrt im Delphi-Technologieträger deutlich zu spüren war. Umfassender Systemansatz Andere wichtige Komponenten im 48-Volt-System 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 Letzteres wird Delphi künftig weitere Systeme mit einem höheren Leistungs - bedarf einbinden, etwa einen PTC-Zusatzheizer, Klimakompressor, elektrisch beheizten Katalysator, eine Frontscheibenheizung, Flüssigkeitspumpen, Kühlsysteme oder Fahrwerksysteme wie eine Wankstabilisierung. Als großen Vorteil seines 48 Volt-Mildhybrid- Konzepts sieht der Automobilzulieferer den umfassenden Systemansatz mit eigenem Know-how-Input aus den Bereichen Verbrennungsmotor, Elektroantrieb, Leistungselektronik und elektrischer Architektur sowie die dazugehörige Systementwicklungs-Kompetenz. Hier sieht man sich den Wettbewerbern gegenüber im Vorteil und entspricht damit den Wünschen der Automobilhersteller nach einer Systementwicklung aus einer Hand. Beispielsweise baut das Unternehmen eigenen Angaben zufolge 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 Bild: Delphi vor Abscheren und Bruch, um so Lichtbogeneffekte auszuschließen. Um diese unerwünschten Ereignisse zu vermeiden, wurden 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 im Technologieträger sind die neuen 48-Volt-Energieverteiler, die 2017 in Serie gehen werden. Modellbasierte Softwareentwicklung Zudem sorgt eine modellbasierte Softwareentwicklung für größtmögliche Flexibilität, die Software kann mit geringem Aufwand rasch an unterschiedliche Kundenwünsche angepasst werden. Erwähnenswert ist auch das Engine-Management; es kontrolliert die gesamten Energieflüsse des 48 Volt-Systems. Eingebettet ist die Mildhybrid-Steuersoftware in die Serien-Motorsteuerung – eine weitere Domäne im Delphi-Portfolio. Unter dem Strich konnte Delphi nach eigenen Angaben den Kraftstoffverbrauch des Dieselmotors bereits um mehr als 10 % reduzieren. Durch ein weiter optimiertes Zusammenspiel der Komponenten will man weitere etwa fünf Prozentpunkte Einsparpotenzial heben. Da die 48-Volt-Mildhybrid-Technik zudem – siehe oben – das Beschleunigungsverhalten und den Fahrspaß steigert, zeigen die Automobilhersteller großes Interesse. Voraussichtlich Ende 2017 will Delphi die Serienfertigung von 48-Volt-Mildhybrid-Systemen für zwei Kunden aufnehmen. Delphi Deutschland GmbH, Wuppertal www.delphi.com Obwohl noch in der B-Muster-Phase, vermindert das 48-Volt-Mildhybrid-System den Kraftstoffverbrauch des Technologieträgers um mehr als 10 %. Ziel sind mehr als 15 % Bild: Delphi Bild: Delphi Der DC/DC-Konverter (links) und die Kabel sind Delphi-Eigenentwicklungen, die Batterie (rechts) stammt von Fiamm Im Motorraum des Technologieträgers sind etliche von Delphi selbst entwickelte 48-Volt-Systemkomponenten eingebaut 4/2016 AutomobilKonstruktion 37
