Auf der IAA 2019 wird die Elektromobilität wieder eine große Rolle spielen. Neben 48-V-Architekturen zeigen diverse Tier-1s, wohin es im Antriebsstrang, bei der Klimatisierung und bei Batterien geht.

2-Gang-Antrieb von ZF (Bild: ZF)

Seine aktuelle Version des 8-Gang-Automatgetriebes hat Zulieferer ZF von Anfang an konsequent auf Hybridisierung ausgelegt. Ein Baukastensystem erlaubt es hierbei, 48-V-Mild-, Voll- sowie Plug-in-Hybridantriebe mit Spitzenleistungen von 24 bis 160 kW zu realisieren. Dabei ist die Leistungselektronik nicht länger als separate Einheit ausgeführt, sondern vollständig in das Getriebegehäuse integriert – bei gleichbleibenden Maßen und dem Sicherheitsvorteil, weniger Hochvoltleitungen verlegen zu müssen.

Bild 1: Beim elektrischen 2-Gang-Antrieb von ZF erfolgt der Gangwechsel derzeit bei 70 km/h. Aber auch andere Schaltstrategien lassen sich realisieren. ZF

Auch am Stand von ZF zu sehen ist der elektrische 2-Gang-Antrieb für Pkw, der eine elektrische Maschine mit 140 kW Maximalleistung, ein Schaltelement und die passende Leistungselektronik integriert, um so einen verbesserten Wirkungsgrad und eine höhere Reichweite pro Batterieladung zu erreichen. Im Vergleich zum einstufigen Aggregat bringt es der 2-Gang-Antrieb auf etwa fünf Prozent mehr Reichweite. Der Gangwechsel erfolgt bei 70 km/h (Bild 1). Durch Anbindung an die CAN-Kommunikation des Fahrzeugs lassen sich jedoch auch andere Schaltstrategien entwerfen, die etwa an digitales Kartenmaterial und GPS geknüpft sind.

Tier 1 Continental hat mit der 48-V-High-Power-Technologie ein 48-V-Hybridsystem entwickelt, das vergleichbare Merkmale wie ein Hochvolt-Elektroantrieb aufweist. Das System aus E-Maschine mit integrierter Leistungselektronik sowie einer Batterie senkt den Treibstoffverbrauch und damit auch den CO2-Ausstoß. Die Schlüsselkomponente dabei ist eine wassergekühlte Elektromaschine mit hohem Wirkungsgrad, deren Spitzenleistung im Vergleich zur bislang eingesetzten auf 30 kW verdoppelt wurde. Damit wird das rein elektrische Fahren bis zu einem Geschwindigkeitsbereich von 80 bis 90 km/h möglich. Schon auf der CES 2019 hat Zulieferer Valeo sein 48-V-Konzept vorgestellt und so ist zu vermuten, dass es auch am IAA-Stand zu sehen sein wird.

Bild 2: Bei den Powermodulen von Continental ermöglicht die Herstellungstechnologie der ICs, dass sie Stromstärken bis 650 A vertragen. Sonst gelötete Verbindungen werden nun in Sintertechnologie ausgeführt. Continental

Auch am Stand von Continental dabei ist der voll integrierte Achsantrieb für die Großserie, wobei die Serienfertigung noch in 2019 starten soll. Der Hochvolt-Antrieb vereint E-Maschine, Leistungselektronik und Untersetzungsgetriebe in einem Gehäuse. Apropos Leistungselektronik: der Tier 1 präsentiert auch sein Powermodul der dritten Generation, dessen Chiptechnologie Stromstärken bis zu 650 A erlaubt. Bei sechsfacher Leistung im Vergleich zum Vorgänger bringt das Modul jedoch nur noch 8 kg anstatt 12 kg auf die Waage. Technologisches Highlight ist das Chipherstellungsverfahren, bei dem die herkömmlichen, gelöteten Drahtverbindungen durch Sintertechnologie ersetzt sind (Bild 2). Dies bringt den Vorteil einer deutlich höheren Lebensdauer und Zuverlässigkeit sowie mehr thermische Belastbarkeit mit sich.

Mit seinem Konzept zum Thermomanagement will Continental den Heiz- und Kühlbedarf im gesamten Fahrzeug weniger energiehungrig steuern. Seine Komponenten bilden ein flexibles modulares Baukastensystem, das es je nach Fahrzeug erlaubt, Wärme gezielt zu erzeugen, an der richtigen Stelle zuzuführen oder abzuführen um Verluste zu vermeiden. Das System erlaubt eine höhere Reichweite und schnelleres Laden bei E-Fahrzeugen. Im Vergleich zum Verbrenner ist das Thermomanagement bei Elektroautos deutlich anspruchsvoller, denn viele Komponenten wie Motor(en), Batterie und Leistungselektronik haben je nach Fahrbedarf unterschiedlichen Heiz- oder Kühlbedarf.

Gleich mehrer Neuentwicklungen stellt Borg Warner auf der IAA vor. Wie auch ZF und Continental setzt der Zulieferer auf sein integriertes Antriebsmodul iDM, dem Nachfolger des bereits in Serienproduktion befindlichen eDM. Die E-Achse ist in drei Ausführungen erhältlich und lässt sich sowohl an der Vorder- als auch an der Hinterachse von Pkw und leichten Nutzfahrzeugen einsetzen. Mit Gleichstrom von 250 bis 450 V erzeugt sie Drehmomente zwischen 2500 und 3800 Nm.

Auch die Konditionierung von Akkus ist Thema am Stand von Borg Warner. Vorgestellt wird unter anderem ein Hochvolt-Kühlmittelzuheizer, der eine langlebige Dickschicht-Heizelement-Technologie (TFE) nutzt. Trotz der fehlenden Motorabwärme hält der Heizer die Fahrgäste warm und konditioniert gleichzeitig die Akkupacks, um deren Effizienz so hoch wie möglich zu halten. Der Heizer ist in als Single-Plate- und Dual-Plate-Variante erhältlich.

Elektrisch angetrieben ist auch der 48-V-Ebooster, ein Verdichter, welcher den Turbolader ergänzt. Ausgestattet mit einem bürstenlosen Gleichstrommotor, widerstandsfähigen Samarium-Kobalt-Magneten und einer flexiblen Leistungselektronik bietet die Technologie Autobauern zudem flexible Einbauoptionen und lässt sich für eine große Bandbreite von Hybridmotoren anpassen.

Mahle stellt auf der IAA unter anderem seinen Prototypen einer 48-V-Batterie vor, die durch eine verbesserte Batteriekühlung sowie Zellchemie erhöhte Lade- und Entladeraten verspricht. Optimiert ist die Batterie für den Einsatz in Mild-Hybriden und soll Rekuperationsenergie verlustarm speichern und abgeben. Die herkömmliche Luftkühlung ersetzt der Zulieferer durch eine Kühlflüssigkeit, die bei hohen Umgebungstemperaturen durch das Klimasystem des Fahrzeugs zirkulieren kann.

Bild 3: Das Modular-Compact-Thermal-System von Mahle erhöht durch den Einsatz einer Wärmepumpe die Reichweite von E-Autos bei 0°C Außentemperatur um bis zu 12 Prozent (WLTC). Mahle

Ausgelegt für unterschiedliche elektrische Antriebsstränge ist auch das Modular-Compact-Thermal-System (MCTS) von Mahle (Bild 3). Kostenseitig vergleichbar einem BEV mit elektrischer Heizung erhöht das MCTS durch den Einsatz einer Wärmepumpe die Reichweite bei 0 °C Außentemperatur um bis zu 12 Prozent (WLTC). Auch Traktionsmotren sind am Stand des Zulieferers vertreten. Einsetzen lassen sie sich sowohl in Mild- und Voll-Hybrid-Fahrzeugen als auch in Range-Extendern, genauso wie in BEVs oder Brennstoffzellenfahrzeugen. Der Spannungsbereich der Traktionsmotoren liegt bei 48 bis 800 V. In der Variante für 48 V liefert die Maschine bis zu 40 kW und ist so auch für schwere Fahrzeuge interessant.

Am IAA-Stand vorgestellt werden auch Mahles Aktivitäten rund um die Brennstoffzellentechnologie, die das Unternehmen in einem Brennstoffzellenprojekthaus unter einem Dach bündelt. Das Team im Projekthaus definiert die Auslegung der Peripheriekomponenten, die zu einem kostenoptimalen Fahrzeug führen sollen. Eine gesamt-systemische Sichtweise ist besonder für die Sicherheit und Wettbewerbsfähigkeit von Brennstoffzellenfahrzeugen wichtig. Dies lässt sich am Beispiel der Simulation der Dynamik der Brennstoffzelle im Wechselspiel mit der Batteriegröße oder auch anhand der wechselseitigen Entwicklung von Ionentauschern und Wärmeübertragern darstellen.

Auch Webasto stellt auf der IAA seine Lösungen für aktuelle Mobilitätstrends vor. Im Bereich Elektromobilität umfasst das Produktportfolio Ladelösungen und Hochvoltheizer für Elektro- und Hybridfahrzeuge sowie Hochvolt-Batteriesysteme. Vorteil des am Stand gezeigten Standard-Batteriesystems ist seine modulare Bauweise. Der Produktentwicklungsprozess wird durch den Einsatz standardisierter Module verkürzt. Dies ermöglicht die Realisierung eines individualisierten Batteriesystems. Die zugehörige Vehicle-Interface-Box (VIB) als Schnittstellen für Systemkonfiguration und Programmierungen zwischen Batteriesystem und Fahrzeug komplettiert das Angebot.

Wie wichtig das Thermomanagement für Innenraum und Batterie im E-Auto ist, ist auch Thema bei Webasto. Gezeigt wird unter anderem der Hochvoltheizer (HVH), ein elektrisches Wasserheizsystem. Dieser wandelt mit seiner Schichtheiztechnologie Strom nahezu verlustfrei in Wärme um. Zur weiteren Optimierung des Systems entwickelt der Zulieferer zusätzlich ein Thermomanagementmodul für Batteriesysteme.

Emissionsfreiheit ist auch bei Bosch ein Thema auf der IAA. Im Rahmen einer Entwicklungskooperation mit dem Chassis- und Autombiltechnik-Experten Benteler zeigt das Unternehmen mit dem Rolling Chassis, wie die Integration aller Bosch-Erzeugnise für Elektrofahrzeuge aussehen kann. Aber auch 48-V-Systeme sind am Stand mit dabei. Dieses System ermöglicht eine erweiterte Start-Stopp-Funktion und regeneratives Bremsen.

Bosch zeigt außerdem Hochvolt-Lösungen zur Erhöhung der Reichweite von Hybriden und Elektrofahrzeugen, zum Beispiel mit einer E-Achse, die Leistungselektronik, Elektromotor und Getriebe zu einer Einheit kombiniert. Elektromobilität für die Langstrecke zeigt das Unternehmen anhand seiner Brennstoffzellensysteme, die aktuell gemeinsam mit dem schwedischen Unternehmen Powercell entwickelt und in die Industrialisierung überführt werden sollen. Dabei entwickelt Bosch neben dem Stack, der Wasserstoff in elektrische Energie wandelt, alle wichtigen Systemkomponenten bis zur Serienreife.

Tier 1 Schaeffler zeigt auf der IAA ebenfalls seine Strategie für die nachhaltige Mobilität. Das Unternehmen geht in seinem 30/40/30-Szenario davon aus, dass im Jahr 2030 30 Prozent aller Autos ausschließlich von Verbrennungsmotoren angetrieben werden. 40 Prozent sollen auf Hybride und 30 Prozent auf vollelektrisch fahrende Fahrzeuge entfallen. Schaeffler zeigt auf der IAA Lösungen in der gesamten Energiekette, angefangen von Condition Monitoring für Windkraftanlagen und Speicherlösungen bis hin zu Produkten für die entsprechenden Antriebssysteme.

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