Mahle Technologietag 2018 Hybrid- und Brennstoffzellenantriebe für Nutzfahrzeuge

Die Konzernzentrale von Mahle in Stuttgart.
Die Konzernzentrale von Mahle in Stuttgart.

Ganz im Zeichen der IAA Nutzfahrzeuge, die im Herbst in Hannover stattfindet, gestattete der Automobilzulieferer Mahle vorab einen Einblick in seine neuesten Entwicklungen. Eine wesentliche Rolle spielt die Elektrifizierung des Antriebsstrangs per Brennstoffzelle und Hybridisierung.

Der in Stuttgart ansässige Automobilzulieferer Mahle ist längst der reinen Mechanik entwachsen. Der Konzern hat den Anspruch, Mobilität effizienter, umweltschonender und komfortabler zu gestalten, indem er den Verbrennungsmotor weiter optimiert, die Nutzung alternativer Kraftstoffe vorantreibt und gleichzeitig das Fundament für eine flächendeckende Einführung der Elektromobilität legt. Im Fokus stehen dabei Antriebsstrang und Klimatechnik. Mahle hat im vergangenen Jahr mit rund 78.000 Mitarbeitern einen Umsatz von rund 12,8 Mrd. Euro erwirtschaftet und ist mit 170 Produktionsstandorten in mehr als 30 Ländern aktiv. In weltweit 16 Forschungs- und Entwicklungszentren in Europa, USA, Brasilien, Japan, China und Indien arbeiten rund 6.100 Entwicklungsingenieure und Techniker an der Mobilität der Zukunft.

Der Mahle Technologietag 2018 stand ganz im Zeichen der IAA Nutzfahrzeuge und setzte den Fokus auf die Elektrifizierung des Antriebsstrangs. »Die Nutzfahrzeugbranche ist fixiert auf den Faktor Total Cost of Ownership«, stellte Dr. Jörg Stratmann, Vorsitzender der Geschäftsführung fest. »Günstigere Antriebskonzepte können so schnell ganze Flotten durchdringen.« Regulatorische Randbedingungen, der Aufbau einer entsprechenden Infrastruktur und technische Fortschritte könnten beispielsweise Brennstoffzellenantriebe schneller als erwartet attraktiv machen. So geht Stratmann davon aus, dass alternative Antriebe bis 2030 rund 20 Prozent der rund 3,2 Mio. Nutzfahrzeuge pro Jahr ausmachen werden. Davon kommen Batterie-elektrische und Brennstoffzellen-Fahrzeuge auf 6 Prozent, Hybridantriebe auf weitere 6 Prozent und 7 Prozent entfallen auf Gas-betriebene Fahrzeuge.

Von Mild- bis Plug-in-Hybrid

Im Nutzfahrzeugsektor sind neue Vorschriften zur Reduktion von CO2 und Emissionen der technologische Treiber bei der Weiterentwicklung des Antriebsstrangs. Noch mehr als beim Pkw wird sich aufgrund der breiten Palette an Antriebsarchitekturen und Anwendungsgebieten ein heterogenes Szenario durchsetzen. Bei Mahle sieht man die Hybridisierung in all ihren Ausprägungen als einen vielversprechenden Ansatz. Der Grad und die Art der Elektrifizierung wird sich beim Nutzfahrzeug stark an der tatsächlichen Anwendung orientieren. An den Extremen stehen rein elektrisch angetriebene Brennstoffzellen-Trucks auf der einen Seite und hocheffiziente verbrennungsmotorisch angetriebene Fahrzeuge auf der anderen. Dazwischen wird sich eine Vielzahl unterschiedlichster Schattierungen und Ausprägungen einer Elektrifizierung beziehungsweise Hybridisierung des Antriebsstrangs etablieren. Von der Elektrifizierung von Nebenaggregaten über Mild-Hybrid-Anwendungen mit 48-Volt-Antriebsmotoren im Parallelbetrieb (Rekuperation / Boosten) bis hin zu Hochvolt- bzw. seriellen Architekturen und Plug-in-Hybriden.

48-Volt-System: 10 % weniger CO2 im Verteilerverkehr

Beim leichten und mittelschweren Nutzfahrzeug im Verteilerverkehr bis 12 Tonnen bietet sich ein robustes und kompaktes 48-Volt-Antriebsystem mit Wasserkühlung und integrierter Elektronik im Leistungssegment bis zu 30 kW an. Aufgrund der geringen Abwärme aus dem parallel geschalteten elektrischen Antriebssystem (Boosten / Rekuperation) lässt sich auch die Kühlungsarchitektur von Verbrennungsmotor und Batterie einfach an dieses preissensitive Anwendungsgebiet anpassen. Durch den konsequenten Einsatz von elektrisch gesteuerten, riemenlosen Nebenaggregaten, zum Beispiel elektrische Lüfter, elektrische Klimakompressoren oder elektrische Hauptkühlmittelpumpen, können in Summe rund 10 % CO2 im urbanen Verteilerverkehr eingespart werden.

Hochvolt-Vollhybrid: 5 % weniger CO2 beim schweren Nutzfahrzeug

Auf der anderen Seite der Hybridskala, bei den schweren Nutzfahrzeugen im 40-Tonnen-Segment, sind elektrische Antriebsleistungen von circa 50 bis 100 kW je nach Anwendungsfall erforderlich. Bis zu 5 % CO2-Reduzierung können Hochvoltsysteme in diesem Segment erzielen. Hier kommt dem Thermomanagement eine entscheidende Rolle zu, um die möglichen CO2-Einsparpotenziale optimal zu nutzen. Eine bedarfsgerechte Konditionierung der temperaturempfindlichen Li-Ionen-Batterie ist zwingend erforderlich. Die Klimatisierung wird damit Teil des Batterie- und Elektronik-Thermomanagements. Ladeluftkühlung und Klima-Kondensator können indirekt über einen Niedertemperatur-Kühlmittelkühler rückgekühlt werden. Dadurch lässt sich das Kühlmodul mit zwei Ebenen deutlich einfacher gestalten. Über die dadurch verbesserte Aerodynamik hat dies zudem einen positiven Einfluss auf den Kraftstoffverbrauch. Mit dem Visco-Hybrid-Lüfterantrieb hat Mahle eine für diesen Anwendungsfall maßgeschneiderte Lösung entwickelt, die die Vorteile des Visco-Antriebs mit den Vorteilen einer elektrischen Ansteuerung kombiniert:

  • ·         Bedarfsgerecht regelbare Lüfterleistung
  • ·         Bei geringer Lüfterzuschaltung übernimmt der E-Motor und verbessert dadurch den Lüfterwirkungsgrad
  • ·         Möglichkeit der Energie-Rekuperation am Lüfter
  • ·         Möglichkeit eines rein elektrischen Betriebs
  • ·         Generell verbessertes Regelverhalten durch die Kombination aus Visco und E-Motor

 

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Mahle Technologietag 2018

Im Vorfeld der IAA Nutzfahrzeuge gewährte der Stuttgarter Automobilzulieferer Mahle einen Blick auf seine technischen Highlights.