Bereit für die ReVOL(T)ution?
Die 48-Volt-Hybrid-Batterie von Bosch
Sie ist kompakt wie ein Schuhkarton und spielt eine zentrale Rolle bei der Elektrifizierung von Fahrzeugen: Was man über die 48-Volt-Batterie wissen muss, erklärt in einer 48-Punkte-Liste.
1. Mehrere Hersteller planen, schon bald nur noch elektrifizierte Fahrzeuge auf den Markt zu bringen. Aber bei vielen dieser elektrifizierten Autos wird der Verbrennungsmotor weiterhin der primäre Antrieb bleiben.
2. Klingt wie ein Widerspruch – ist aber keiner.
3. Ein wesentlicher Grund für die zunehmende Elektrifizierung sind die Emissionsrichtlinien. Zur Reduzierung des CO₂-Ausstoßes in den Fahrzeugflotten setzen die Hersteller auf verschiedene technische Lösungen.
4. Eine dieser Lösungen ist die Einführung eines 48-Volt-Hybrid-Systems bei Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor.
5. Es gibt unterschiedliche 48-Volt-Systeme, die viele Funktionalitäten bieten – von der Unterstützung des Verbrenners über die Versorgung der stetig steigenden Anzahl elektrischer Verbraucher bis hin zur elektrischen Einparkhilfe. Doch eines haben sie gemeinsam: eine 48-Volt-Batterie.
6. Sie ist das Kernelement von Fahrzeugen mit Mild-Hybrid-Systemen. Sie speist Strom in – und wird gespeist durch – eine E-Maschine, die beispielsweise in den bestehenden Riementrieb am Verbrenner eingebunden werden kann. Ein DC/DC-Wandler wandelt die Spannung der 48-Volt-Batterie auf das niedrigere Niveau des 12-Volt-Bordnetzes um.
7. Diese Systemlösung ist kosteneffizient, weil sie viele Vorteile bietet und sich vergleichsweise einfach in bestehende Fahrzeugkonzepte integrieren lässt.
8. Der günstige Kosten-Nutzen-Effekt hat Potenzial. Bei Bosch erwartet man, dass zwischen 2020 und 2025 der Anteil an weltweit pro Jahr verkauften Pkw und leichten Nutzfahrzeugen mit 48-Volt-Systemen von fünf auf 20 Prozent steigt.
9. Vom wichtigsten Nutzen der 48-Volt-Batterie – der Reduzierung des Kohlenstoffdioxid-Ausstoßes – profitieren aber nicht nur die Hersteller, sondern auch die Verbraucher. Denn eine Senkung der CO₂-Emissionen bedeutet auch weniger Kraftstoffverbrauch.
10. Im Wesentlichen funktioniert diese Einsparung über Rekuperation. Energie, die beim Bremsen normalerweise als Abwärme verloren geht, wird über die E-Maschine in die 48-Volt-Batterie geleitet und dort gespeichert.
11. Diese Energie wird zum einen zur Versorgung der Bordnetze genutzt. Zum anderen wird über die E-Maschine zusätzliches Drehmoment aufgebaut und das Fahrzeug mit angetrieben.
12. Damit nimmt die 48-Volt-Batterie dem Verbrennungsmotor Last ab – und senkt somit seinen Verbrauch.
13. Start-Stopp-Funktionen erlauben weitere Kraftstoffeinsparungen und reduzieren den CO₂-Ausstoß.
14. Die 48-Volt-Batterie bietet darüber hinaus zusätzlichen Fahrkomfort, indem sie die Energieversorgung von Verbrauchern mit höherem Leistungsbedarf sicherstellt. Beispielsweise ist nun ein Wankausgleich des Fahrzeugs durch einen elektrisch geregelten Stabilisator möglich.
15. 48-Volt-Netze gelten für die nächste Fahrzeuggeneration als wichtige Voraussetzung für das automatisierte Fahren. Denn nur auf Basis einer höheren Spannung kann genügend Leistung erzeugt werden, um die Prozessoren der hochautomatisierten Systeme zu versorgen.
16. Wir sind jetzt fast bei der Hälfte der 48 Punkte angekommen und halten drei Dinge fest:
17. Die 48-Volt-Batterie ist das Kernelement von Fahrzeugen mit Mild-Hybrid-Systemen und reduziert den CO₂-Ausstoß durch die Unterstützung des Verbrennungsmotors.
18. Sie ermöglicht vor allem effizientes und komfortables Fahren.
19. Als kosteneffizienter Einstieg in die Elektrifizierung nutzt sie sowohl Herstellern als auch Verbrauchern.
20. Bleibt nur eine Frage: Wo ist der Haken?
21. So viele Vorteile die 48-Volt-Batterie auch bietet: Sie ist ein zusätzliches Bauteil, das im Auto erst einmal untergebracht werden will. Dort, wo notorischer Platzmangel und komplexe Bedingungen herrschen, wo jeder Millimeter und jedes Gramm zählen.
22. Genau für diese Herausforderung bietet die 48-Volt-Hybrid-Batterie von Bosch eine Lösung. Sie ist so kompakt gebaut, dass sie den Fahrzeugherstellern maximale Flexibilität beim Einbau erlaubt.
23. In der Höhe misst sie lediglich 90 Millimeter. Damit kann sie beispielsweise im Kofferraum oder unter dem Beifahrersitz platziert werden.
24. Ein Vergleich, um die Höhe der Batterie einzuordnen:
26. Der Schlüssel zum kompakten Design liegt in der thermischen Auslegung der neuen 48-Volt-Batterie.
27. Gemeinsam mit Lieferanten hat Bosch innerhalb von vier Jahren Lithium-Ionen-Zellen entwickelt, die ein besonderes Kühlkonzept ermöglichen und dadurch für entscheidende Vorteile sorgen.
28. Wegen ihrer hohen Leistungsdichte erhitzen sich herkömmliche Lithium-Ionen-Energiespeicher stark. Sobald Temperaturen von 55 bis 60 Grad Celsius überschritten werden, muss zu ihrem Schutz ein Teil der Leistung durch Abregeln gekappt werden.
29. Die Zellen der Bosch-Batterie sind jedoch robuster. Sie leisten ihren Dienst auch bei Temperaturen bis zu 75 Grad.
30. Diese größere Hitzebeständigkeit ist die Grundlage für ein einfacheres Kühlkonzept.
31. Konkret bedeutet es, dass die 48-Volt-Batterie von Bosch ohne aktive Kühlung auskommt: weder ein flüssigkeits- noch luftbasiertes Kühlsystem ist nötig.
32. Stattdessen reichen die in ihrer Einbauumgebung gegebenen Wärmesenken aus, um während und nach ihrem Einsatz ausreichend abzukühlen. Man spricht hier von einer passiven Kühlung.
33. Bei der passiven Kühlung fallen zusätzliche Anschlüsse oder Bauteile einfach weg. Das spart nicht nur Platz, sondern auch Kosten und Gewicht.
34. Denn wo flüssigkeits- oder luftbasierte Kühlsysteme wegen ihrer höheren Komplexität Aufwendungen auf der Batterie- und Fahrzeugseite verursachen, sinken mit der Passivkühlung die Systemkosten.
35. Und mit einem Gewicht von weniger als sechs Kilo ist die 48-Volt-Batterie von Bosch im Schnitt zudem ein bis zwei Kilo leichter als Batterien mit aktivem Kühlsystem.
36. Hinzu kommt: Während bei aktiven Systemen ein Teil der durch Rekuperation gewonnenen Energie für den Kühlprozess benötigt wird, steht er bei der Passivkühlung für die Reduktion von CO₂-Emissionen bereit.
37. Schlussendlich arbeitet die 48-Volt-Batterie dank der passiven Kühlung auch noch nahezu geräuschlos.
38. Die passenden Maße zu diesen Vorteilen lauten: 309 Millimeter Länge, 175 Millimeter Breite und (wie erwähnt) 90 Millimeter Höhe.
39. Die neue 48-Volt-Batterie von Bosch ist damit gerade mal so groß wie ein Schuhkarton.
40. Kein Schuhkarton für Riesentreter, sondern für Größe…
42. Komplettiert wird das Gesamtkonzept der 48-Volt-Hybrid-Batterie von Bosch durch ihr Kunststoffgehäuse.
43. Es ist den Ausdehnungen der Zellen gewachsen, die sich durch die Lade- und Entladevorgänge im Laufe der Zeit ergeben und hält natürlich auch externen Belastungen stand.
44. Die Verwendung von Kunststoff fürs Gehäuse senkt ebenfalls die Kosten; außerdem lässt sich das Material in komplexe Formen gießen und schafft damit die Basis für die Integration weiterer Funktionen.
45. Die 48-Volt-Hybrid-Batterie dient somit als gutes Beispiel dafür, dass nicht nur der Inhalt zählt, sondern auch die Verpackung.
46. Und dass eine leistungsstarke Lösung zur Einsparung von CO₂ auch in Form eines schuhkartongroßen Kunststoffgehäuses daherkommen kann, das gerade mal so hoch ist wie eine Spielfigur.
47. Bleibt noch eine letzte Frage: Ist das Ganze schon marktreif?
48. Die erste Produktionslinie steht bereits – und zwar in China. Dort, wo der Markt für Fahrzeuge mit 48-Volt-Bordnetz am schnellsten wächst, sind die ersten Einheiten der 48-Volt-Hybrid-Batterie Ende 2018 vom Band gelaufen.