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Bosch Serienstart für Parallel-Vollhybrid-Technik

| Redakteur: Bernd Otterbach

Kürzlich startete die Serienproduktion der Hybrid-Varianten des VW Touareg und Porsche Cayenne S. Beide Modelle sind erstmalig als Parallel-Vollhybrid ausgelegt. Neben der Leistungselektronik und dem E-Motor liefert Bosch mit der Steuerung auch das „Gehirn“: Die Motronic regelt, wann E-Maschine, Verbrennungsmotor oder beide zusammen arbeiten.

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Volkswagen und Porsche setzen bei ihren Hybridfahrzeugen jeweils auf einen per Kompressor aufgeladenen 3,0-Liter-Sechszylinder-V-Motor mit Direkteinspritzung und 8-Gang-Automatikgetriebe. Der V6-Motor leistet 245 Kilowatt (333 PS) und stellt ab 3.000 Umdrehungen pro Minute 440 Newtonmeter Drehmoment bereit. Ergänzt wird das Aggregat durch einen Integrierten Motor Generator (IMG) von Bosch. Die wassergekühlte E-Maschine ist einschließlich einer eigenen Kupplung in einem Hybridmodul zwischen Verbrennungsmotor und Getriebe platziert, wo es mit einem Durchmesser von 30 Zentimetern und einer Länge von nur 145 Millimetern wenig Bauraum beansprucht.

Der IMG hat 34 Kilowatt Leistung und ein maximales Drehmoment von 300 Newtonmetern. Damit können Volkswagen und Porsche maximal 50 bis 60 Kilometer pro Stunde rein elektrisch fahren, sofern der Ladezustand der Nickel-Metall-Hydrid-(NiMH)-Batterie es zulässt. Diese hat eine Kapazität von 1,7 Kilowattstunden bei 288 Volt Spannung. Beim Bremsen gewinnt der dann als Generator arbeitende E-Motor kinetische Energie zurück, die in der Hochvolt-Batterie gespeichert wird.

Geht der Fahrer vom Gas, wird bis zu einer Geschwindigkeit von rund 160 Kilometern pro Stunde die sogenannte Segelfunktion aktiviert: Der Verbrennungsmotor geht automatisch aus und das Fahrzeug rollt ohne Kraftstoff zu verbrauchen frei, wobei alle Sicherheits- und Komfortsysteme uneingeschränkt weiter funktionieren. Auch beim Bremsen geht alles automatisch. Die Systemsteuerung errechnet anhand des Bremspedalweges, welches Bremsmoment durch den IMG elektrisch gestellt werden soll. Sicherheitssysteme wie ABS oder ESP bleiben auch hier unbeeinflusst – sie haben generell Vorrang.

Hat es der Fahrer eilig, arbeiten E-Maschine und Verbrennungsmotor zusammen. Bei diesem „Boosten“ steigt die Leistung auf 279 Kilowatt (380 PS), wobei der Fahrer bis zu 580 Newtonmeter Drehmoment abrufen kann. Gegenüber dem V8 aus den Fahrzeugen der ersten Generation verbrauchen die Hybridfahrzeuge bis zu 40 Prozent weniger Kraftstoff. Im EU-Zyklus sinkt der Verbrauch auf 8,2 Liter Benzin auf 100 Kilometer und damit auf 193 Gramm CO2 pro Kilometer.

Steuerung als Schlüssel

Das Miteinander von Verbrenner und E-Motor ist dem Zusammenspiel der Steuerungstechnik und den Hybrid-Komponenten zu verdanken. „Bei der Hybridsteuerung haben wir Bewährtes mit Innovativem verknüpft. Als Basis diente die Motronic, die bereits bei vielen direkteinspritzenden Benzinfahrzeugen ihren Dienst tut. Wir haben zusätzlich die für einen Hybridantrieb notwendigen Funktionen integriert, die wir gemeinsam mit unseren Kunden entwickelt haben“, erklärt Dr. Matthias Küsell, Leiter Entwicklung und Kundenprojekte für Hybrid- und Elektrofahrzeuge bei Bosch.

Um die Übergänge zwischen elektrischem, hybridem und verbrennungsmotorischem Fahren zu gewährleisten, hat die Steuerung ständigen Zugriff auf Sensordaten aus Verbrennungsmotor, E-Maschine, Batterie, Kupplung und anderen Komponenten. Damit analysiert und regelt die Steuerung in Echtzeit das Zusammenspiel der Antriebe. Ausführende Komponente ist eine adaptive Kupplung, die für die Übergänge sorgt. Sie stellt sicher, dass E-Maschine und Motor im Augenblick der Momentenübergabe exakt mit der gleichen Drehzahl laufen. Küsell sieht darin das technische Herzstück der Parallel-Hybrid-Technologie.

Hybride und Direkteinspritzer ergänzen sich

Wichtige Voraussetzung dafür ist der V6-Motor mit Kompressoraufladung. Über einen zusätzlichen CAN-Bus tauscht die Motronic alle relevanten Daten des Motors mit den Hybrid-Komponenten, Leistungselektronik und Batterie aus. Bosch nennt das Konzept Active Damp Control, das Sechszylindern das Fahrgefühl größerer Motoren verleihen soll. Künftig soll es systembedingte Nachteile kleiner Turbomotoren, wie etwa die Anfahrschwäche ausbügeln und damit Downsizing-Konzepten den Weg in den Volumenmarkt ebnen.

Nach eigenen Angaben hat Bosch das Bauvolumen der Leistungselektronik zwischenzeitlich ohne Leistungseinbußen um ein Drittel auf zehn Liter verringern. „In der nächsten Generation wollen wir fünf Liter schaffen“, sagt Küsell. Bei der Leistungselektronik handelt es sich um eine Kernkomponente, die zwischen Hochvoltbereich des Elektroantriebs und 12-Volt-Bordnetz vermittelt und deren Inverter den Gleichstrom der Batterie in dreiphasigen Wechselstrom für die E-Maschine wandelt – und umgekehrt.

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