Elektromobilität

Fächerstrategie: Continental setzt auf Antriebsmix

| Autor / Redakteur: Richard Backhaus / Claus-Peter Köth

Hochvolt-Komponenten von Continental treiben Hybrid- und Elektrofahrzeuge an.
Hochvolt-Komponenten von Continental treiben Hybrid- und Elektrofahrzeuge an. (Bild: Continental)

Continental erschließt sich den Zukunftsmarkt Elektromobilität – zum Beispiel mit einer Fächerstrategie: Einerseits optimieren die Ingenieure den Verbrennungsmotor weiter, andererseits wird die Serieneinführung des Elektroantriebs forciert.

Eine Hitzewelle mit Rekordtemperaturen in Europa, große Trockenheit und daraus folgend Ernteausfälle – das Jahr 2018 gibt einen Vorgeschmack auf die dramatischen Auswirkungen des Klimawandels. Die verkehrsbedingten CO2-Emissionen weiter zu senken, bleibt daher eines der wichtigsten Ziele bei der Entwicklung künftiger Antriebskonzepte. Die Division Powertrain von Continental verfolgt dabei eine Fächerstrategie, bei der einerseits der Verbrennungsmotor weiter optimiert und andererseits die Serieneinführung des Elektroantriebs forciert wird. Denn die E-Mobilität ist nur Teil der Lösung: Für einen wirksamen Klimaschutz, der kurz-, mittel- und langfristig greift, braucht es einen Antriebsmix, bestehend aus Elektroantrieb, sauberem Diesel- und Ottomotor, klimaneutralen synthetischen Kraftstoffen sowie Brennstoffzelle.

Erster Schritt: 48-Volt-Mildhybrid

Der erste Schritt der Hybridisierung ist ein 48-Volt-System als Mildhybrid. Es lässt sich in Fahrzeugen mit Otto- und Dieselmotor umsetzen. Die innovative Technologie von Continental – der Zulieferer hat den 48-Volt-Hybrid als erster in Serie auf den Markt gebracht – erzielt eine Kraftstoffersparnis von rund 21 Prozent im realen Stadtverkehr. Auch die Emissionen lassen sich mittels 48-Volt-Technik weiter reduzieren, wie Continental im Demonstratorfahrzeug „Super Clean Electrified Diesel“ 2017 gezeigt hat: In Verbindung mit neuen Katalysatoren konnten die NOx-Emissionen des Fahrzeugs im Realbetrieb um über 60 Prozent gesenkt werden.

Zu den weiterführenden Konzepten der Elektrifizierung, die auch das rein elektrische Fahren ermöglichen, zählt das hochintegrierte elektrische Antriebsstrangmodul von Continental. Der Hochvoltantrieb für reine Elektrofahrzeuge oder Plug-in-Hybride ist sehr kompakt: Elektromotor, Getriebe und Leistungselektronik sind zu einer Einheit zusammengefasst. Das macht es nicht nur leichter, sondern auch leistungsfähiger als vergleichbare Konzepte. Damit ermöglicht er zugleich ein hohes Maß an Fahrspaß – ein wichtiger Faktor für die Akzeptanz der Elektromobilität. Hinzu kommen niedrige Kosten, da durch die hohe Integration bisher benötigte Kabel und Stecker entfallen. Der Antrieb erreicht bei 150 Kilowatt und einer Masse von nur 75 Kilogramm eine sehr hohe Leistungsdichte.

Neuer E-Antrieb startet in China

Continental bietet seinen kompletten elektrischen Achsantrieb in einem Modul in Leistungsklassen bis 320 Kilowatt an und je nach Übersetzungsverhältnis mit bis zu 6.400 Newtonmetern Ausgangsdrehmoment. Damit hat der Zulieferer sein elektrisches Antriebssystem, das seit einigen Jahren in Serie ist, nochmals deutlich kompakter und leistungsfähiger gestaltet. Der Marktstart des neuen E-Antriebs wird 2019 in China sein.

Für andere Anwendungsfälle, bei denen E-Motor und Steuerung als separate Komponenten zum Einsatz kommen, hat Continental einen modularen und skalierbaren Leistungselektronik-Baukasten entwickelt. Die aktuelle dritte Generation der Leistungselektronik für Hochvoltanwendungen bietet gegenüber der ersten Generation die sechsfache Leistungsfähigkeit. Das bedeutet, dass damit ein sechsmal so starker Motor betrieben werden kann. Zugleich wurde das Gewicht des Systems von ursprünglich rund zwölf auf heute rund acht Kilogramm reduziert.

Thermomanagement bekommt immer mehr Bedeutung

Das Thermomanagement gewinnt bei allen Fahrzeugarten und Antriebskonfigurationen an Bedeutung, da es die Gesamteffizienz des Fahrzeugs erheblich beeinflusst. Insbesondere E-Fahrzeuge stellen hohe Anforderungen an das Thermomanagement, da die jeweiligen Antriebskomponenten wie Motor, Leistungselektronik und Batterie auf ihrem spezifischen Betriebstemperaturniveau gehalten werden müssen. Bei größeren Abweichungen von diesem „Wohlfühlbereich“ leidet die Systemleistungsfähigkeit. Das intelligente Thermomanagement von Continental für E-Fahrzeuge soll auch bei Kälte oder großer Hitze für eine maximale Batteriereichweite und geringstmögliche Ladezeiten sorgen. Seine Komponenten bilden ein flexibles, modulares Baukastensystem. Erste Komponenten sind bereits in Serie; die Volumenproduktion für ein Elektrofahrzeug soll Ende 2019 in China anlaufen.

Die Ladetechnik ist entscheidend dafür, wie mühelos und komfortabel ein Fahrer ein Elektrofahrzeug im Alltag nutzen kann. Mit dem Ladekonzept „AllCharge“ bietet Continental den OEMs die Möglichkeit, die ohnehin im Fahrzeug vorhandene Leistungselektronik des E-Antriebs auch für das Laden der Batterie zu nutzen. Dazu wandelt der Inverter den Wechselstrom der Ladesäule in Gleichstrom für die Batterie um. Heutige Leistungselektroniken sind, je nach Fahrzeug, schon für 80, 150 oder sogar 250 Kilowatt ausgelegt, also auch für einen Ladevorgang ausreichend dimensioniert. Auf dieser Basis hat Continental ein Versuchsfahrzeug mit All-Charge-System aufgebaut, das in der Lage ist, mit 150 Kilowatt zu laden. Im Ergebnis ist die Traktionsbatterie damit zwölfmal schneller geladen als bei einer Ladeleistung von elf Kilowatt.

Synthetische Kraftstoffe als weitere Alternative

In einem Prototyp hat der Zulieferer die Möglichkeiten des kabellosen Ladens von E-Autos verwirklicht. Der Fahrer muss dabei nicht mehr selbst das Auto über der Bodenplatte des Induktionsladesystems ausrichten; das erfolgt automatisiert. Dabei werden die Sensoren der im Auto vorhandenen Fahrerassistenzsysteme genutzt, sodass der zusätzliche Hardwareaufwand überschaubar bleibt.

Für die Übergangzeit, bis E-Autos in nennenswerten Stückzahlen eingesetzt werden, arbeitet Continental für Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor an Konzepten mit synthetischen Kraftstoffen wie Oxymethylenether (OME). Erzeugt werden diese aus elektrischem Strom, der regenerativ durch Windkraft oder Photovoltaik gewonnen wird, und CO2. Das CO2 wird dabei in einem geschlossenen Kreislauf geführt, sodass keine neuen Treibhausgasemissionen entstehen, denn bei der Verbrennung des Kraftstoffs wird genau so viel CO2 freigesetzt, wie bei der Erzeugung eingelagert worden ist. Dafür lässt sich zum Beispiel das CO2 nutzen, das in Kraftwerken als Abgas anfällt. Durch die nahezu CO2-neutrale Herstellung und Verbrennung von OME sinkt der CO2-Ausstoß eines Fahrzeugs mit 15 Prozent OME-Anteil im Diesel proportional. Bei einem Versuchsfahrzeug von Continental waren das etwa 8 Gramm CO2 pro Kilometer.

Schon in wenigen Jahren wird die Vernetzung von Fahrzeugen und ihrer Umwelt über die Daten-Cloud zum Quasi-Standard gehören. Über den dynamischen „eHorizon“ von Continental wird das Fahrzeug dabei an das Back-End angebunden und erhält von dort aktuelle Informationen, zum Beispiel über den Verkehrsfluss und andere Ereignisse auf der Strecke wie Verkehrshindernisse. Continental nutzt die daraus resultierenden Potenziale unter anderem dafür, die Fahrzeugeffizienz weiter zu steigern: Durch Vernetzung des Energiemanagements mit der Cloud lässt sich der Energiefluss vorausschauend anpassen und minimieren. Das System kann dann beispielsweise vorab entscheiden, wann das Fahrzeug am besten rollt und wann rekuperiert werden sollte.

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