Von John Barlage, Director of Product Strategy, BorgWarner PowerDrive Systems

BorgWarner entwickelt innovative Technologien, die das Potenzial von 48-Volt-Bordnetzen voll ausnutzen und Mildhybride noch sparsamer und leistungsfähiger machen.

Wachsende Marktanteile für Hybride

Elektromobilität ist weltweit auf dem Vormarsch. Als Übergangstechnologie auf dem Weg hin zur emissionsfreien Mobilität sehen Fachleute Hybridsysteme. Die Kombination von Verbrennungs- und Elektromotor erfreut sich bereits heute steigender Beliebtheit, Automobilhersteller und Zulieferer stellen sich diesen Veränderungen und arbeiten an der ständigen Weiterentwicklung dieser Systeme. BorgWarner nutzt sein umfangreiches Knowhow rund um Elektronik, Antriebsstrang und Lüftungssysteme, um modernste 48-Volt-Technologien bereitzustellen.

Wachsende Anforderungen – Zukunftstechnologien

48-Volt-Bordnetze bieten zahlreiche Vorteile gegenüber konventionellen Hochvolt-Systemen. Kernpunkt ist dabei die Kosteneffizienz, denn 48-Volt-Mildhybride bieten bis zu 70 % der Kraftstoffersparnis und Emissionsvorteile bei nur rund 30 % der Kosten eines traditionellen Hochvolt-Netzes. Weitere Ersparnisse bringt die große Flexibilität der Technologie. Automobilhersteller setzen ein und denselben 48-Volt-Motor/Generatortyp in verschiedensten Anwendungen und Architekturen ein und erzielen so sehr schnell die gewünschten Skaleneffekte. Lösungen wie beispielsweise BorgWarners 48-Volt-Lüfter eFan, der elektrisch und die innovative Freilaufkupplung (one-way clutch, OWC) für elektrifizierte Antriebsstränge nutzen bereits heute die Vorteile dieser Bordnetze.

Bild 1: BorgWarners 48-Volt-eFan steigert die Effizienz und reduziert den Kraftstoffverbrauch, indem er seine Leistung bedarfsgerecht anpasst.

Der modulare und kompakte 48-Volt-eFan (Bild 1) ist mit einem hochentwickelten Elektromotor ausgerüstet und bietet auch unter anspruchsvollsten Bedingungen überlegene Lüftungs- und Kühlleistung für Nutzfahrzeuge und SUVs. Dank seines hervorragenden Ansprechverhaltens ist das System zudem leise im Betrieb und ermöglicht eine präzise Temperaturkontrolle. Indem BorgWarners fortschrittliche Lüftertechnologie ihre Leistung verzögerungsfrei bedarfsgerecht an die Kühlungsanforderungen des Motors anpasst, spart sie Strom und erhöht die Kraftstoffeffizienz.

Auch BorgWarners innovative Turboladerlösungen werden mit Blick auf Mildhybride entwickelt. So etwa der 48-Volt-eBooster (Bild 2)ein elektrisch angetriebener Verdichter, der unabhängig vom Abgasstrom arbeitet: Dieses ausgefeilte System treibt das Verdichterrad mit einem Elektromotor an und liefert so eine nahezu verzögerungsfreie Beschleunigung und einen fülligen Drehmomentverlauf bei niedrigen Drehzahlen. Zudem verringert es den Kraftstoffverbrauch um 5 bis 10 Prozent. Da der eBooster im Niederdrehzahlbereich für Leistung sorgt, kann ein größerer konventioneller Turbolader genutzt werden, um auch bei hohen Motordrehzahlen Leistung und Kraftstoffeffizienz zu steigern. Damit nutzt der eBooster die Leistungs- und Effizienzvorteile des 48-Volt-Bordnetzes voll aus.

Bild 2: BorgWarners elektrisch angetriebener Verdichter eBooster® nutzt das 48-Volt-Bordnetz, um Motorleistung und Kraftstoffeffizienz zu verbessern.

Vor allem Hybridfahrzeuge sind mit immer komplexer werdenden Antriebssträngen ausgerüstet. Um dieser Entwicklung zu folgen und eine optimale Systemintegration zu ermöglichen, braucht es innovative Getriebetechnologien. BorgWarners neueste Freilaufkupplung ersetzt die Trennkupplung und unterstützt das volle Spektrum an Hybridfunktionen, von elektrischem Fahren über Leistungssteigerung, Lastpunktverschiebung, elektrisch unterstütztes „Segeln“ bei abgeschaltetem Verbrennungsmotor bis hin zum regenerativen Bremsen und Rekuperation. Darüber hinaus verbessert das System auch die Kupplungssteuerung und nutzt den vorhandenen Bauraum optimal aus.

Der Hybridisierung Druck machen

Um auch in Zukunft sein 48-Volt-Portfolio mit innovativen Technologien zu erweitern, entwickelt BorgWarner derzeit zahlreiche Lösungen,die eine aktive Energierückgewinnung ermöglichen. Eine dieser fortschrittlichen Technologien ist der elektrisch unterstützte Turbolader eTurbo™, der mittels eines integrierten Motor/Generators entweder die Turbinenwelle antreibt und so das Ansprechverhalten bei niedrigen Drehzahlen verbessert oder elektrische Energie aus dem Abgasstrom zurückgewinnt. Auch der eTurbocompound-Generator ist für

Bild 3: Das Organic Rankine Cycle (ORC) System zur Abwärmerückgewinnung entnimmt dem Abgasstrom Energie zur Verwendung im Antrieb.

letzteres ausgelegt, nutzt zur Energiegewinnung allerdings einen Turbinengenerator zur effizienten Rückgewinnung von Wärmeenergie. Dabei wirkt sich die Technologie nur minimal auf den Motorbetrieb und den verfügbaren Bauraum im Fahrzeug aus. Im Gegensatz zum eTurbocompound verfolgt das Organic Rankine Cycle (ORC) System zur Abwärmerückgewinnung (Bild 3) einen rein thermischen Ansatz. Die Hitze im Abgasstrom wird dabei über eine Wärmekraftmaschine in elektrische Energie umgewandelt, die zur Unterstützung des Fahrzeugantriebs verwendet wird. So trägt das ORC-System zu einer gesteigerten Kraftstoffeffizienz bei.

Neben Lösungen, die am Abgasstrom angreifen, entwickelt BorgWarner derzeit in Kooperation mit verschiedenen Automobilherstellern weitere Technologien für ein breites Spektrum an 48-Volt-Hybridarchitekturen. Darunter sind unter anderem der riemengetriebene Startergenerator mit integrierter Leistungselektronik (integrated Belt Alternator Starter, iBAS), das achsparallele P2-Hybridmodul, das elektrische Heckantriebsmodul (electric Rear Drive Module, eRDM) und der elektrische Allradantrieb (electric All-Wheel Drive, eAWD). Start/stopp-Systeme wie BorgWarners iBAS verbessern die Kraftstoffeffizienz deutlich, indem sie den Motor abschalten, sobald das Auto anhält. Dabei geht der iBAS noch einen Schritt weiter und kombiniert schnelle, leise Motorstarts mit hocheffizienter Energiegewinnung, Drehmomentunterstützung und regenerativem Bremsen. Als Lösung für P2-Hybridsysteme, bei denen der Elektromotor am Getriebeeingang sitzt, entwickelt BorgWarner derzeit ein achsparalleles Hybridmodul, bei dem ein kettengetriebener Elektromotor nicht direkt an der Antriebsachse sitzt. Dieses Modul, das voraussichtlich im Jahr 2021 in Serienproduktion gehen wird, bringt zahlreiche Hybridfunktionen mit sich und ist insgesamt kompakter als konventionelle, koaxiale Module, die den Elektromotor direkt auf die Antriebswelle setzen. Für sogenannte P3-Hybride mit Elektromotoren am Getriebeausgang hat BorgWarner unterdessen das elektrische Heckantriebsmodul eRDM entwickelt. Diese  innovative Technologie liefert erstklassiges Fahrverhalten indem sie elektrisches Torque-Vectoring, also die gezielte Verteilungvon Drehmoment an die Räder der Hinterachse, mit einem voll funktionsfähigen, mechanischen Allradantrieb kombiniert. Schließlich bietet BorgWarners eAWD-Technologie (Bild 4) die von einem Allradantrieb gewohnte Traktion und Fahrstabilität ebenso wie effiziente Hybridfunktionen in einem kompakten, robusten Paket. Das System, das die Hinterachse mit einem elektrischen Motor und einer Zweigangschaltung antreibt, geht wahrscheinlich nach 2020 in Serienproduktion und senkt den Kraftstoffverbrauch potentiell um bis zu neun Prozent bei beinahe vollständiger Kostenneutralität gegenüber konventionellen Allradlösungen.

Bild 4: BorgWarners 48-Volt-eAWD bietet die von Allradantrieben gewohnte Traktion und Fahrstabilität in Kombination mit elektrischer Hybridfunktionalität.

Die große Bandbreite an Lösungen für Fahrzeuge mit 48-Volt-Bordnetzen zeigt, dass BorgWarner ihr Potential erkannt hat. Das Unternehmen entwickelt aktiv führende Technologien, die die Vorteile dieser Systeme optimal nutzen.