gesponsertInnovatorenporträt Vom „Hidden Champion“ zum Technologieführer

Als Antriebstechnik-Spin-off von Continental 2021 an die Börse gegangen, hat sich Vitesco Technologies inzwischen als eigenständiger MDAX Player im Markt etabliert. Das Unternehmen übernimmt bei den Automobilzulieferern eine führende Rolle im Wandel hin zur Elektromobilität. Es bietet Lösungen rund um den Antriebsstrang, die mehr Effizienz, höhere Leistung und sauberere Mobilität ermöglichen.

Das Portfolio besteht aus elektrischen Antriebskomponenten und -systemen, Sensoren und Aktuatoren bis hin zu kompletten Elektroantrieben. „Wir sind damit bereits in über fünf Millionen E-Fahrzeugen vertreten und werden am Marktwachstum kräftig partizipieren“, sagt Andreas Wolf, CEO bei Vitesco Technologies. Schwerpunkte bei der Weiterentwicklung des Portfolios sieht Andreas Wolf bei den Themen bezahlbare Mobilität, Optimierung der Antriebseffizienz sowie mehr Nachhaltigkeit über die gesamte Prozesskette.

Transformation bewährter Techniken

Mit seiner Division Powertrain Solutions entwickelt und produziert Vitesco Technologies bewährte Antriebstechniken für traditionelle Einsatzgebiete und transformiert sie in neue Anwendungen, beispielsweise für Nutzfahrzeuge, Zweiräder sowie für die batterie- oder wasserstoffbasierte Elektromobilität. Ein Beispiel dafür ist der Luftmassensensor, den das Unternehmen zum H2-Leckagesensor weiterentwickelt hat, der kleinste Wasserstoffkonzentrationen detektiert. Ebenso steuert ein Luftregelventil, das ursprünglich für den Ansaugtrakt von Motoren entwickelt wurde, nun die Luftzufuhr der Kathodenseite einer Brennstoffzelle.

„Von außen betrachtet wirken Verbrenner- und Elektrofahrzeuge wie zwei Welten. Doch technisch gibt es dazwischen viele Brücken", sagt Klaus Hau, Mitglied des Vorstands und Leiter der Division Powertrain Solutions. „Um sie zu finden und gangbar zu machen, braucht man allerdings einen Fundus an bewährten Techniken und eine hohe Entwicklungskompetenz – über beides verfügt Vitesco Technologies.“

Ebenso unter dem Dach von Powertrain Solutions baut Vitesco Technologies Vertriebskanäle im unabhängigen Ersatzteilmarkt auf. So hat das Unternehmen eine Kooperation mit einem in sieben europäischen Ländern präsenten Spezialisten für Nutzfahrzeugteile gestartet. Dieser vertreibt zunächst NO_x-Sensoren in Erstausrüstungsqualität für rund 300 Fahrzeugmodelle. Langfristig will Vitesco Technologies Ersatzteile und Services für elektrisch angetriebene Pkw und Nutzfahrzeuge aus einer Hand anbieten.

Im Geschäftsbereich Electrification Solutions vereint Vitesco Technologies seine Lösungen für das elektrische Fahren. Das Portfolio umfasst beispielsweise 48-Volt-Elektrifizierungslösungen, elektrische Antriebe, Batteriemanagementsysteme, Thermomanagementmodule sowie ein breites Spektrum an Leistungs- und Bordnetzelektronik. „Wir setzen mit unserem Portfolio klar auf globale, skalierbare Plattformen für elektrifizierte Fahrzeuge. Hier liegt das Wachstum, und hier liegt zugleich das Potenzial für eine nachhaltige und zunehmend CO₂-neutrale Mobilität der Zukunft“, sagt Thomas Stierle, Mitglied des Vorstands und Leiter der Division Electrification Solutions bei Vitesco Technologies.

Achsantrieb - Frei von seltenen Erden

Die vierte Generation des vollintegrierten elektrischen Achsantriebs von Vitesco Technologies ist optional jetzt auch mit einer fremderregten elektrischen Synchronmaschine (EESM, Externally Excited Synchronous Machine) erhältlich. Der Vorteil: Der neue Rotor hat keine Permanentmagnete und benötigt somit keine seltenen Erden. Dadurch sinken die Kosten für den Rotor. Zudem entfällt der CO₂-Rucksack für die Gewinnung und Aufbereitung der Erze. Ein weiterer Vorteil laut Gerd Rösel, Leiter Innovationen in der Division Electrification Solutions bei Vitesco Technologies: „Wenn das Fahrzeug energiesparend rollt, spart die fremderregte Maschine pro Kilometer eine Wattstunde Strom, da kein permanentes Magnetfeld den Rotor bremst. Damit reduziert sich der Leistungsbedarf des Antriebs um bis zu fünf Prozent und das ohne mechanische Trennkupplung.“

Vitesco Technologies hat – unter anderem – durch eine neuartige Wickeltechnik den EESM auf die gleiche Leistungsklasse wie einen E-Motor mit Permanentmagneten (PSM, Permanent Synchronous Motor) gehoben – und das bei fast gleichem Bauraum. Gerd Rösel: „Obwohl bei der EESM ein zusätzliches Modul im Inverter zur Ansteuerung der Spulen benötigt wird, kann man bei den beiden Optionen EESM und PSM fast von einer Plug-and-Play-Lösung sprechen.“ Je höher die geforderte Leistungsklasse des Antriebs ist, desto wirtschaftlich attraktiver ist die EESM-Technik.

Schlüsselfaktor Batteriemanagement

Innovativ und am Markt stark nachgefragt sind auch Batteriemanagement-Systeme (BMS) von Vitesco Technologies. BMS bestehen aus Steuergeräten, Sensoren und Applikationssoftware; sie managen den Energiehaushalt, schützen die Batterie vor Überhitzung und sorgen für einen ausgeglichenen Ladezustand aller Zellen. Als Highlight wird Vitesco Technologies an einen Kunden die zugehörigen Batterie-Steuergeräte für 400- und 800-Volt-E-Fahrzeug-Architekturen bereits in einer Version für drahtlose Kommunikation ausliefern. Dies reduziert die Verkabelung erheblich und schafft Freiraum, der entweder eine größere Batteriekapazität oder ein kompakteres Batteriesystem mit geringerem Gewicht ermöglicht.

Die Kernfunktionen des BMS sind bei Vitesco Technologies auf zwei Steuergeräte verteilt: Die Batteriemanagement-Controller überwachen permanent den Zustand der Zellen und Module und leiten bei unerwünschten Zuständen Korrekturen ein. Dazu werden beispielsweise die hohen Stromflüsse in die Batterie mit einem Hochvolt-Stromsensor erfasst und gesteuert.

Der zweite Steuergerätetyp sind die Cell Supervising Circuits. Sie überwachen die einzelnen Batteriezellen und gleichen unterschiedliche Ladezustände zwischen den Zellen aus, wie sie fertigungsbedingt bei Li-Ion Zellen immer auftreten können. Für diese Aufgabe entwickelt Vitesco Technologies derzeit verschiedene intelligente Verfahren zur aktiven Zellenausbalancierung, beispielsweise das sogenannte Active Cell Balancing, das eine weitere Effizienzsteigerung von einigen Prozentpunkten verspricht.

Hochvolt-Alleskönner

Ein weiteres Beispiel intelligenter Integration ist die Hochvolt-Box für Elektrofahrzeuge. Sie wurde nach dem Grundsatz entwickelt, eng verwandte Aufgaben der Verteilung, Umwandlung und Speicherung von elektrischer Energie räumlich und funktional weitgehend zu integrieren. Die Hochvolt-Box fungiert als „Umspannwerk“ und regelt beispielsweise den AC-Ladevorgang aus dem Wechselspannungsnetz, die DC-Schnellladefunktion, die Hochvolt-Spannungsverteilung im Bordnetz sowie die Versorgung des 12-Volt-Bordnetzes mit Energie. Für die Ladevorgänge und im Fahrbetrieb bietet die Hochvolt-Box flexible Spannungsniveaus von bis zu 800 Volt.

Der Wegfall von Hochvolt-Steckverbindern und -kabeln spart Gewicht und Bauraum. In einem späteren Schritt sollen die oben genannten Funktionen in einem elektronischen Modul vereint werden, was nochmals
30 bis 40 Prozent Bauraum und Gewicht einsparen soll, bei gleichzeitig noch mehr Funktionsvielfalt.

Das Thema Nachhaltigkeit ist bei Vitesco Technologies fest in der Strategie verankert. Im Unternehmen arbeiten inzwischen mehr als 30 Spezialisten an einer durchgehend nachhaltigen Produktentwicklung, etwa mithilfe von Lifecycle-Analysen, Designoptimierung, Recycling, Reuse und Remanufacturing. Außerdem ist das Unternehmen Initiativen wie Gaia X und Catena X beigetreten und bei Blockchain-Techniken aktiv.

Auf Projektebene ist man beispielsweise seit 2021 Partner des Polestar-0-Projekts, das einen komplett klimaneutralen Pkw zum Ziel hat. In dem vom E-Mobility Start-up Polestar initiierten Projekt arbeiten OEMs, Zulieferer, Forschungseinrichtungen und Regierungsorganisationen am klimaneutralen Fahrzeug über die gesamte Wertschöpfungskette hinweg. Vitesco Technologies zeichnet dabei für eine klimaneutrale Leistungselektronik verantwortlich. Schon im Jahr 2025 sollen dazu erste Prototypen präsentiert werden.

Bezahlbar und effizient

Das Potenzial für weitere Kostensenkungen beim elektrischen Antrieb schätzt Vitesco Technologies auf 20 bis 40 Prozent. Dies soll einerseits durch eine noch intensivere Standardisierung der Komponenten erreicht werden, andererseits durch eine konsequente Integration verschiedener Funktionen unter einem Dach. Gute Beispiele aus dem Vitesco-Technologies-Portfolio sind die Hochvolt-Box sowie ein ganzheitlich gedachtes Thermomanagement, das die Wärmeenergie zur richtigen Zeit am richtigen Ort bereitstellt. Drittens helfen neue Techniken und Produkte, wie etwa Inverter mit einer höheren Taktfrequenz und weniger passiven Bauteilen.

Technische Innovationen helfen auch bei einer Steigerung der Antriebseffizienz. So arbeitet Vitesco Technologies heute intensiv an Lösungen für den Massenmarkt mit Siliziumkarbid (SiC)-Halbleitern für den Inverter, welche die Effizienz und Reichweite im Vergleich zu Silizium-Halbleitern um vier bis acht Prozent steigern. Als nächsten Schritt will Vitesco Technologies die Effizienz bei Inverter und E-Maschine bis Ende des Jahrzehnts weiter steigern. Hierzu sind neue Halbleiter aus Galliumnitrid (GaN) in der Bewertung, die im Vergleich zu heutigen Siliziumkarbid (SiC)-Elementen die Reichweite des Antriebs um weitere ein bis zwei Prozentpunkte verbessern. Auch bei Onboard-Chargern und DC/DC-Wandlern könnten GaN- und SiC-Halbleiterelemente den Wirkungsgrad nochmals um bis zu zwei Prozentpunkte verbessern.

Effizienz und Kosten spielen auch bei der Bordnetzarchitektur eine große Rolle, da sie für vollautomatisierte und autonome Fahrfunktionen absolut sicher arbeiten muss. Folglich müssen alle Komponenten und Systeme künftig dem ASIL-D-Sicherheitsstandard entsprechen und die Bordnetze an den richtigen Stellen Redundanz bieten. Das muss nicht immer durch Parallelstrukturen erfolgen; Vitesco Technologies arbeitet bereits an Strategien und Lösungen, die intelligent und mit weniger Komponenten das erforderliche Sicherheitsniveau bereitstellen.

„Insgesamt ist der Elektroantrieb immer im Gesamtzusammenhang von E-Motor, Getriebe und Leistungselektronik zu sehen“, gibt Stephan Rebhan, Leiter Technology and Innovation bei Vitesco Technologies, zu bedenken. Jedes dieser Subsysteme hat heute Wirkungsgrade von mehr als 90 Prozent, die, je nach Komponente und Einsatzszenario, noch um einige wenige Prozentpunkte verbessert werden könnten. Optimierungspotenzial ist vor allem noch auf Gesamtsystemebene zu erschließen. Etwa durch ein gesamtheitliches Energie- und Thermomanagement, eine Batterie-Vorkonditionierung, oder durch die Hochvolt-Box mit ihren variablen Ausgangsspannungen, die für Kennfeldoptimierungen genutzt werden können. Wenn alle bekannten Optimierungsmaßnahmen am E-Antrieb umgesetzt werden, kann dessen Gesamtwirkungsgrad im deutlich zweistelligen Prozentbereich steigen.Vor allem im Winter, bei einem Gesamtwirkungsgrad des batterieelektrischen Fahrzeugs von weniger als 70 Prozent, wäre eine durchaus realistische Halbierung der Verlustleistung ein großer Reichweitengewinn.

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