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48-Volt-Antrieb : Kann man Bremsenergie zum Fahren nutzen?

  • -Aktualisiert am

Nachts auf der Autobahn: Für die einen ist es der entstehende Stau. Die anderen sehen mit jedem Bremslicht die Möglichkeit, Energie zurückzugewinnen. Dafür braucht man die 48-Volt-Technik. Bild: plainpicture/Westend61/Nabiha Da

Die ersten Autos mit 48-Volt-Antrieb kommen auf den Markt. Trotz der niedrigen Spannung versprechen die Anbieter erstaunliche Kraftstoffeinsparungen. Was steckt technisch hinter den Hybridfahrzeugen?

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          Mehr ist besser, das gilt für den Schokopudding zum Nachtisch wie für die Motorleistung unseres Automobils. Sollte nun tatsächlich ein neues, elektrisches Mobilitätszeitalter anbrechen, ist das Streben nach größerer Leistung deswegen noch lange nicht durchbrochen, es gehorcht allerdings anderen Gesetzen. Mehr Leistung am Rad, das ist nur zu erreichen, wenn mehr Strom durch die Adern des Elektroautos fließt. Ähnlich wie bei einem Wasserrohr gibt es zwei Möglichkeiten, dies zu erreichen: Man verbessert den Durchfluss des Rohrs, oder man erhöht den Druck. In die elektrische Welt übersetzt, bedeutet dies: dickere Kabel oder erhöhte Spannung.

          Und tatsächlich steigt die Spannung an Bord. Sind heute Plug-in-Hybride und Elektrofahrzeuge mit 400 Volt auf dem Markt, sollen bis zum Ende des Jahrzehnts die ersten 800-Volt-Autos auf die Straße kommen. Die verdoppelte Batteriespannung bietet zudem die Möglichkeit, die Ladezeit etwa zu halbieren. Nun überraschen die ersten Automobilhersteller mit der gegenläufigen Entwicklung. 48-Volt-Antriebe, vermarktet unter Begriffen wie Mikrohybrid oder Hybrid Assist, sollen den Kraftstoffverbrauch deutlich senken. Handelt es sich dabei womöglich um eine Mogelpackung?

          Bild: F.A.Z.

          Zunächst einmal gibt es gute Gründe für die Wahl einer Spannungslage von 48 Volt. Denn damit bleibt man unter der 60-Volt-Grenze, jenseits der gängigen Normen zufolge die Hochvolttechnik beginnt. Wer mit höherer Spannung operiert, muss Maßnahmen treffen, die unbeabsichtigtes Berühren verhindern, und das Werkstattpersonal speziell qualifizieren. Dass mit kleinen 48-Volt-Antrieben trotzdem zwischen zehn und 20 Prozent Kraftstoff gespart werden kann, liegt an deren Fähigkeit, einen großen Teil - bis zu 90 Prozent - der beim Bremsen ansonsten verlorenen Energie zurückzugewinnen. Zwar wird auch bei heutigen, mit 12 Volt arbeitenden Autos der Starter als Generator genutzt, sobald der Fahrer auf das Bremspedal tritt.

          Recycling der kinetischen Energie

          Doch die elektrische Leistung ist eben deutlich geringer, so dass nur ein kleiner Teil der Bremsenergie in Strom gewandelt und im Blei-Akku gespeichert werden kann. Sie dient allein der Stromversorgung an Bord. Anders verhält es sich beim 48-Volt-Antrieb. Die gewonnene elektrische Energie wird in einem separaten Lithium-Ionen-Akku gepuffert, der über ein Speichervolumen von nicht mehr als 500 Wattstunden verfügen muss. Die Energie kann nicht nur für Infotainment und Sitzheizung genutzt werden, sondern über die in den Antrieb integrierte Elektromaschine auch wieder in Vortrieb verwandelt werden - der Fahrer betreibt also nichts anderes als Recycling der kinetischen Energie.

          Nimmt man die ersten 48-Volt-Systeme, die 2016 auf den Markt kommen oder zumindest von großen Zulieferern als Studien präsentiert wurden, genauer unter die Lupe, fallen erhebliche Unterschiede auf. Das erste Großserienauto, das mit einem assistierenden Hybridsystem ausgestattet ist, nutzt die einfachste Möglichkeit, einen 48-Volt-Antrieb zu integrieren: Der klassische Starter-Generator fliegt raus, an derselben Stelle wird eine Elektromaschine mit einer Maximalleistung von 10 Kilowatt eingebaut. Eine solche Anordnung wird von Fachleuten als „Position 0“ bezeichnet.

          Der Elektromotor kann über einen schaltbaren Riementrieb direkt die Kurbelwelle des Verbrennungsmotors antreiben. Im konkreten Fall handelt es sich um einen Dieselmotor, der den elektrischen Assistenten vor allem in Phasen starker Beschleunigung aus niedrigen Drehzahlen heraus nutzt. Das spart nicht nur Kraftstoff, sondern vermindert auch die Stickoxid-Emissionen, die in solchen Momenten normalerweise kurzzeitig deutlich ansteigen. Das höhere Drehmoment des Elektroantriebs im Vergleich zu einem normalen Starter hat den zusätzlichen Vorteil, dass der Motor nach einem Ampelstopp deutlich schneller auf Leerlauf-Drehzahl kommt, das erhöht den Komfort bei Einsatz eines Start-Stopp-Systems.

          Bei Hochvolt-Hybridfahrzeugen sitzt die Elektromaschine üblicherweise zwischen Motor und Getriebe zwischen zwei Kupplungen, so dass im elektrischen Fahrbetrieb der abgestellte Motor nicht mitgeschleppt wird. Eine solche, von Ingenieuren als „Position 2“ bezeichnete Anordnung funktioniert auch mit 48 Volt, das zeigen erste fahrbereite Prototypen. Die Leistung der Elektromaschine muss dazu auf rund 20 Kilowatt steigen. Das reicht dann, um zumindest bis 50 km/h die Geschwindigkeit ohne Zuschalten des Verbrenners zu halten oder auch das Rangieren in der Parklücke rein elektrisch zu absolvieren.

          Einen interessanten Sonderweg geht ein deutscher Premiumhersteller mit einem 2016 eingeführten Nischenmodell. Die gewonnene elektrische Leistung wird nicht mechanisch auf den Antriebsstrang übertragen, sondern für den Antrieb eines elektrischen Laders genutzt. Der schaufelt bei Bedarf zusätzliche Luft in den Motor, und zwar genau dann, wenn der Abgasturbolader noch nicht auf vollen Touren ist. Welcher Systemaufbau sich langfristig durchsetzt, ist ungewiss. Experten nahezu jeglicher Herkunft sind sich jedoch einig: 48-Volt-Antriebe ermöglichen eine sanfte Elektrifizierung ohne überbordende Kosten und werden sich daher in den kommenden Jahren rasant verbreiten.

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