Mit neuem Antrieb ins Stromzeitalter
Bosch Research forscht zu innovativen elektrischen Antrieben, Lenksystemen, Bremssystemen und Thermomanagement für die E-Mobilität der Zukunft.
Der Wandel hin zur Elektromobilität ist weltweit in vollem Gange: Innerhalb der Europäischen Union dürfen beispielsweise ab 2035 neu zugelassene Autos und leichte Nutzfahrzeuge kein CO₂ mehr ausstoßen. Automobilhersteller müssen ihre Modellpalette bis dahin also auf Elektromobilität umstellen. Diesen Weg ebnet Bosch mit Komponenten, Produkten und Systemlösungen. Bosch Research schafft die notwendigen technologischen Grundlagen für die Transformation zur E-Mobilität – und das für alle Fahrzeugtypen: von E-Bikes über Motorräder, Pkw, Lkw bis hin zu sämtlichen Offroad-Fahrzeugen, beispielsweise Baggern. Wir entwickeln Technologien für alle Wertschöpfungsstufen der Elektrofahrzeuge, also Halbleiterbauteile und Komponenten wie die Leistungselektronik, Antriebe und Gesamtsysteme. Besonderes Gewicht legt Bosch Research dabei auf Nachhaltigkeit. Energieeffizienz und Recycling haben bei der Entwicklung von Technologien für die Elektromobilität einen hohen Stellenwert: zum Beispiel forschen wir an neuen Materialien mit einem geringeren CO₂-Fußabdruck, mit denen sich zudem das Gesamtgewicht der Fahrzeuge reduzieren lässt.
Alles neu: Elektroantriebe sowie Brems -und Lenksysteme für das Elektrofahrzeug der Zukunft
Ein Schwerpunkt von Bosch Research in der E-Mobilität liegt auf den elektrischen Antrieben. So konzipieren wir etwa mit der Bosch eAchse ein innovatives, hocheffizientes Gesamtsystem für elektrische Fahrzeuge. Dabei zielen wir unter anderem darauf ab, die einzelnen Komponenten – vom Elektromotor über die Leistungselektronik bis hin zum Getriebe – maximal nachhaltig zu gestalten, etwa durch den Einsatz alternativer, recycelbarer Werkstoffe. Hierbei beschäftigen wir uns mit zentralen Fragen: Bleibt Kupfer der elektrische Leiter der Zukunft? Wie können Magnete aus Seltenen Erden durch andere, nachhaltigere und besser verfügbare Materialien ersetzt werden? Bei diesen Fragen bedienen wir uns der langjährigen Expertise in Sachen Materialsimulation bei Bosch Research: Wir kombinieren dieses Domänenwissen mit modernsten Methoden der künstlichen Intelligenz (KI) und forschen zudem an der Anwendung von Quantencomputern für die Materialsimulation der Zukunft.
Insgesamt gilt: Elektromobilität ist nicht gleich Elektroantrieb. Neue Randbedingungen, wie weltweit reduzierte Maximalgeschwindigkeiten und vernetzte und autonome Fahrfunktionen, sowie zunehmende Kundenwünsche in Sachen Wartungsfreiheit stellen neue Anforderungen an die Elektromobilität, beinhalten aber auch ein großes Potenzial für Innovationen.
Neben der Optimierung des Elektroantriebs an sich ergeben sich Implikationen für das gesamte Fahrzeug: Die Grundfunktionen Antreiben, Bremsen und Lenken wachsen enger zusammen. So wird die eAchse der Zukunft große Teile der Bremsfunktion übernehmen; und hydraulische Brems- und Lenksysteme können durch „trockene By-Wire-Produkte“ ersetzt werden, das heißt durch Systeme, die rein elektrisch, per Kabel (engl.: wire) bedient werden. Deshalb arbeiten wir in der Bosch Forschung an neuen Konzepten für Brems- und Lenksysteme, die passgenau auf die neuen Anforderungen von Elektrofahrzeugen zugeschnitten sind.
Immer wohl temperiert: intelligentes Thermomanagement für das Elektrofahrzeug
Ein weiteres wichtiges Forschungsfeld in der E-Mobilität ist das Thermomanagement. Wir bei Bosch Research entwickeln Komponenten und Lösungen, mit denen sich die Fahrerkabine mit höchster Effizienz auf adäquate Temperaturen bringen lässt, an heißen Sommer- wie auch an kalten Wintertagen. Damit tragen wir wesentlich dazu bei, die Reichweite der Fahrzeuge zu erhöhen.
Auch optimales Laden erfordert die richtige Temperierung der Batterie. Ziel ist, die Batterie in kürzester Zeit und mit höchster Effizienz zu laden und dabei eine möglichst hohe Lebensdauer zu gewährleisten. In der E-Mobilität geht es insgesamt um die Optimierung des Fahrzeug-Energiemanagements, also die optimale Verwendung der elektrischen und thermischen Energie. Dies wird bei Bosch Research systemisch vorausentwickelt und in Komponenten und Systemen realisiert.
Zur richtigen Zeit am richtigen Ort: bedarfsorientiertes Energiemanagement
Ein weiteres Forschungsfeld von Bosch Research in der E-Mobilität sind Ladetechnologien für Fahrzeuge, Gebäude und dieLadeinfrastruktur. Wir entwickeln beispielsweise Smart-Charging-Lösungen, mit denen sich Ladesäulen und dezentrale Photovoltaik-Anlagen koppeln sowie Netzanschlüsse optimal auslasten lassen. Die Energiemanagement-Systeme, an denen wir bei Bosch Research arbeiten, optimieren auch das bidirektionale Laden und sorgen dafür, dass die Batterien der Fahrzeuge künftig bei Bedarf gespeicherte Energie an das Stromnetz abgeben können. Hierbei entwickeln wir sowohl Hard- als auch passende Softwarelösungen. Von all diesen Innovationen profitieren Automobilhersteller, Automobilkunden, Flottenbetreiber wie auch Haushalte gleichermaßen.
Neben der Forschung an rein batteriebetriebenen Elektrofahrzeugen forschen wir auch an Brennstoffzellen als alternativem Energiespeicher für mobile Anwendungen.
E-Mobilität braucht hocheffiziente Leistungshalbleiter
Alle elektrifizierten Komponenten und Systeme werden von Leistungshalbleitern angetrieben. Die ständig steigende Nachfrage nach mehr Leistungshalbleitern in der Zukunft und die Verknappung des Angebots ist eine große Herausforderung nicht nur für die Automobilindustrie, sondern auch für industrielle elektrische Antriebe, Haushaltsgeräte, Elektrowerkzeuge und viele andere Produkte.
Bosch verfügt über jahrzehntelange Erfahrung in der Forschung, Entwicklung und Fertigung von Halbleiterbauelementen. Die beiden großen Halbleiterfertigungsstätten in Reutlingen und Dresden sind ein enorm wichtiger Bestandteil der weltweiten Lieferkette. Daher arbeitet die Bosch-Forschung seit vielen Jahren an den fortschrittlichsten Leistungshalbleitern (sog. Wide-Band-Gap-Halbleiter), zum Beispiel auf Basis von Siliziumkarbid oder Galiumnitrid, die es ermöglichen werden, alle elektrifizierten Produkte und Systeme effizienter und nachhaltiger zu machen.
Die Komplexität meistern
Die Elektromobilität erfordert, bislang getrennte Systeme und Technologien zusammenzuführen – etwa Stromversorgung, Batterietechnik, Ladeinfrastruktur und Energiemanagement. Die einzelnen Komponenten müssen bei steigendem Softwareanteil und anspruchsvoller werdenden Anforderungen vernetzt werden. Dazu gehören beispielsweise eine erhöhte Betriebsdauer und wachsende Sicherheitsanforderungen für das Elektroauto. Bosch Research adressiert diese Aufgaben unter anderem durch die Entwicklung und den Einsatz modernster Methoden und Werkzeuge des modellbasierten System Engineering (MBSE) gepaart mit fortschrittlichen Mehrziel-Optimierungsmethoden, um alle wichtigen Designanforderungen zu erfüllen. Nicht zuletzt werden die Prozesse damit nachhaltiger und effizienter, da Simulationen sowie ein besseres Material- und Systemverständnis es erlauben, in der Entwicklung auf komplette physische Musterphasen zu verzichten. Darüber hinaus erforschen wir bei Bosch Research den Einsatz von KI bei der Entwicklung, Erprobung, Produktion und Lebensdauerüberwachung aller Komponenten und Systeme im Fahrzeug mittels digitaler Zwillinge.
