Was ist 48V/Mild Hybrid-Antriebs-Technologie?
Weniger Kraftstoffverbrauch und Emissionen bei leichter Implementierung in bestehende Fahrzeugplattformen: Das macht 48V Mild-Hybride in der Übergangsphase zur Elektromobilität so interessant. Auf dieser Seite erfahren Sie alles über diese Technologie, die aktuell immer stärkeren Einsatz über verschiedenste Hersteller und Fahrzeugklassen hinweg findet.
Was Sie jetzt zur 48V Technologie im Fahrzeug wissen
Kurzüberblick
Mild-Hybride machen herkömmliche Verbrennungsmotoren mit geringem Aufwand deutlich effizienter. Dazu wird – analog zum KERS in der Formel 1 – während der Fahrt kinetische Energie beim Bremsen des Fahrzeugs zurückgewonnen („Rekuperation“).
Diese Energie, die verloren gegangen wäre, wird in einer 48V-Batterie gespeichert und dann genutzt, um den Motor zu unterstützen und ein leistungsstarkes 48V-Bordnetz zu versorgen. Dadurch lässt sich neben weiteren Vorteilen der Kraftstoffverbrauch um 15% oder mehr senken – und damit werden auch die CO2-Emissionen entsprechend reduziert.
In der einfachsten Implementierungsform („P0-Topologie“) wird dazu der konventionelle 12V-Generator in seinem Bauraum am Riemen durch eine 48V-Maschine ersetzt – zum Beispiel eine „Boost Recuperation Machine“. Diese wandelt beim Bremsen mit hohem Wirkungsgrad kinetische in elektrische Energie um und speichert diese in einer kleinen, zusätzlichen 48V-Batterie. Damit wird dann der Verbrennungsmotor mit bis zu 12 kW unterstützt. Zusätzlich können sicherheitsrelevante Hochleistungs-Verbraucher wie Fahrassistenzfunktionen oder elektrische Bremskraftverstärker zuverlässig mit 48V-Spannung versorgt werden.
Eine 48V-Maschine lässt sich flexibel auch an anderen Stellen des Antriebsstranges implementieren – mit unterschiedlich hohem Integrationsaufwand und Einsparpotential.
Zur Erreichung der Klimaziele sind Mild-Hybride für die Automobilhersteller ein zentraler Baustein, der für immer mehr Modelle und Fahrzeugklassen eingesetzt wird. Schon jetzt gibt es bereits rund 4,5 Millionen 48V-Hybride, großteils mit einer P0 48V Maschine – Tendenz stark steigend. Schon für das 2025 erwartet die Marktforschung IHS Markit eine weltweite Produktion von deutlich über 10 Millionen 48V-Mild-Hybriden.
Prognostizierte Entwicklung der weltweiten jährlichen Produktion von 48V-Hybrid-Fahrzeugen (Quelle: IHS Markit, https://ihsmarkit.com)
Was macht ein Auto zum Mild-Hybrid und wofür steht
Bei einem Mild-Hybrid handelt es sich stets um ein Fahrzeug mit Verbrennungsmotor, das zusätzlich von einem kleinen elektrischen Antrieb unterstützt wird. Die E-Maschine gewinnt dabei Bremskraft zurück („Rekuperation“) und stellt sie später in Form von zusätzlicher Antriebskraft zur Verfügung, um den Gesamtkraftstoffverbrauch zu senken. Im Gegensatz zu einem Voll-Hybrid oder einem E-Auto ist bei einem Mild-Hybrid per Definition rein elektrisches Fahren höchstens eingeschränkt möglich.
Zwar gibt es vereinzelt auch Mild-Hybride auf 12V-Basis. Meist kommt aber eine leistungsstärkere 48V-Maschine zum Einsatz, wodurch mehr Energie rekuperiert und damit auch der Verbrauch stärker reduziert werden kann. Deshalb werden in der Fachwelt die Begriffe „Mild-Hybrid“ und „48V“ quasi synonym verwendet.
Zu welchem Zweck gibt es
48V-Technologie bringt eine Reihe von Vorteilen für Fahrer und Hersteller mit sich – und das bei niedrigen Implementierungskosten.
Der wichtigste Faktor ist dabei der Klimaschutz: Die E-Mobilität kommt – insbesondere wegen des klaren politischen Commitments in Kernmärkten wie Europa und China. Jedoch lässt sich diese Transformation nicht beliebig beschleunigen, schließlich müssen parallel Technologie, Batterieverfügbarkeit, Infrastruktur und Stromerzeugung weiterentwickelt werden.
Allein bis 2040 sollen laut Bloomberg Electric Vehicle Outlook 2021 noch über 1 Milliarde Autos mit Verbrennungsmotor gebaut werden, u.a. weil der Wandel zur E-Mobilität in Regionen wie Afrika, Lateinamerika und Indien deutlich langsamer von statten geht. Diese würden bis zu 27 Mrd. Tonnen CO2 ausstoßen – rund 10% des globalen CO2-Restbudgets um das 1,5 Grad Ziel einzuhalten.
Diese Fahrzeuge müssen daher zwingend so effizient wie möglich gestaltet werden, um die Belastung für das Weltklima zu minimieren. Durch Mild-Hybridisierung lassen sich immerhin 15 - 25% dieser Emissionen verhindern – nutzen wir die Technologie nicht, ist dieses Einsparpotential für immer verloren.
Jeder neue Verbrenner steht für rund 15 weitere Jahre CO2-Ausstoß, denn das ist der durchschnittliche Verbleib des Fahrzeugs im Markt.
Würden theoretisch alle der bis 2040 neuproduzierten 1 Milliarde Verbrenner mit 48V-Mild-Hybrid-Antrieb ausgerüstet, ließen mindestens 2 Mrd. Tonnen CO2 einsparen – rund das Dreifache der Gesamttreibhausemissionen Deutschlands im Jahr 2020. Mit aufwändigeren Topologien wären sogar Einsparungen von 4 Mrd. Tonnen und mehr möglich.
Was sind die Vorteile für mich als
Das „Upgrade“ eines konventionellen Verbrenners auf einen 48V-Mildhybrid bringt dem Fahrer eine erhebliche Steigerung des Leistungsspektrums. Zum Beispiel kann eine 48V Boost Recuperation Machine Bremsenergie beim Fahren mit bis zu 15kW / 20 PS zurückgewinnen, um dann bei erhöhtem Leistungsbedarf den Motor mit bis zu 12 kW / 16 PS zu unterstützen (Boost) – so wird auch ein Turboloch bei geringen Drehzahlen vermieden.
Das Fahrzeug kann durch die 48V-Maschine besonders sanft und leise starten und über das 48V-Bordnetz werden energieintensive Komfort- und Sicherheitsfeatures wie Fahrassistenten, Wankstabilsatoren, oder ein Turbolader sicher versorgt. Auch das sogenannte „Coasting“ (Segeln) – also das Fahren mit abgeschaltetem Motor bei hohen Geschwindigkeiten – wird möglich und kann zusätzlich Kraftstoff sparen.
Durch den deutlich gesenkten Verbrauch sind Mild-Hybride nicht nur besser für die Umwelt, sondern auch für den Geldbeutel: Die 48V Boost Recuperation Machine spart über eine Lebenszeit von 150.000 km z.B. über 1.500 Liter Kraftstoff gegenüber einem konventionellen Verbrenner (bei einem durchschnittlichen Verbrauch von 7l/100 km). Das bedeutet 3.5 Tonnen weniger CO2-Ausstoß sowie mindestens 2.000 € weniger Ausgaben an der Tankstelle.
Nicht für jeden kommt heute schon ein E-Auto in Frage – z.B. weil man sehr viel Langstrecke fährt, es in der eigenen Regionen noch keine entsprechende Ladeinfrastruktur gibt oder man die weitere technologische Entwicklung abwarten will. In diesem Fall sind 48V-Hybride eine sinnvolle Lösung, welche die Belastung für das Klima möglichst gering halten – und mit denen Autofahren auch noch ein Stück weit komfortabler und sicherer wird.
Wie erfolgt die mechanische Integration am
Die Mild-Hybrid-Technologie lässt sich in alle bestehenden Antriebsstrangarchitekturen für Verbrennungsmotoren integrieren – je nach gewünschtem Leistungsumfang mit sehr niedrigem oder etwas höherem Aufwand.
Prinzipiell wird dazu immer zusätzlich zum Verbrennungsmotor im Antriebsstrang eine E-Maschine mit Inverter sowie eine kleine 48V-Batterie (~0,5 – 1 kWh) verbaut, die das 48V-Bordnetz speist. Zusätzlich ist ein DC/DC-Wandler notwendig, über welchen das 12V-Bordnetz versorgt wird. Auf aufwändige und damit teure Hochvolt-Schutzanforderungen und -Kabelbäume kann hingegen auf Grund der niedrigeren Spannung verzichtet werden.
Die notwendige E-Maschine lässt sich flexibel im Antriebsstrang einbauen – am Riemen, im Getriebeumfeld oder an der Hinterachse. Je nach Positionierung unterscheiden sich das Einsparpotential, die elektrischen Fahrfunktionen sowie der Integrationsaufwand und die damit verbunden Systemkosten. Die Platzierung im im Antriebsstrang nennt man auch „Topologie“, die Einbauposition wird mit P0 bis P4 abgekürzt.
P0: Riementrieb
Die einfachste Lösung für die Mild-Hybridisierung – dazu ersetzt eine 48V-Maschine
wie die BRM schlicht den Generator in seinem bestehenden Bauraum am Riemen. Der Eingriff in die Architektur des Antriebsstrangs ist minimal – und entsprechend auch der Implementierungsaufwand sowie die Systemkosten. Trotzdem lassen sich durch die Rekuperation dieses „Starter-Generators“ im Realbetrieb so bereits bis zu 15% des Kraftstoffverbrauchs gegenüber einem herkömmlichen Verbrenner einsparen.
P1: zwischen Verbrennungsmotor und Getriebe
In der Praxis kommt dies eher selten zum Einsatz, da die Implementierung hier deutlich komplexer und kostspieliger ist als bei P0, ohne in großem Maße weiteres Einsparpotenzial zu heben.
P2 und P3: Integration im Getriebekontext
Bei P2 ist die 48V E-Maschine direkt seitlich am Hauptgetriebe oder über einen Riemen verbunden, bei P3 unmittelbar dahinter an der Antriebswelle. Beide Topologien haben ein vergleichbares Kosten/Nutzenverhältnis. Allerdings sind sie mechanisch deutlich aufwändiger als P0, u.a. da der E-Motor nicht als ganzes sondern als Einzelkomponenten im Getriebe verbaut werden muss und keine Luftkühlung möglich ist. Außerdem ist meist weiterhin ein Starter notwendig, um den Motor anzulassen – all dies treibt die Kosten.
Im Gegenzug sind durch geringere Motorreibungsverluste höhere Einsparungen von bis zu 22% realisierbar. Auch langsames rein elektrisches Fahren („Creep Mode“), z.B. für Einparkvorgänge oder bei Stop-and-Go im Stau, ist technisch möglich.
P4: Hinterachse
Integration von einer oder zwei 48V-Maschinen an der Hinterachse über ein Differentialgetriebe. Hier sind die Reibungsverluste im Antriebsstrang am niedrigsten und damit auch die höchsten Einsparungen möglich (bis zu 25%). Zudem bietet diese Topologie die umfangreichsten E-Fahrfunktionen. Zusätzlich zum „Creep Mode“ lässt sich so in Kombination mit dem Verbrennungsmotor z.B. ein (temporärer) Allradantrieb ermöglichen. Diese Lösung stellt dabei den größten Eingriff in den Antriebsstrang dar und bringt die höchsten Systemkosten mit sich. Auch hier ist weiterhin ein zusätzlicher Starter oder Starter-Generator notwendig.
Bei entsprechender Übersetzung und Leistung des E-Motors, kann man mit P4 dafür prinzipiell auch 48V-Voll-Hybride oder sogar kompakte 48V-Elektrofahrzeuge antreiben – ohne die sonst für Hochvolt notwendige Sicherheitsarchitektur.
Welchen Nutzen stiftet das 48V-Bordnetz? Ersetzt es das 12V-
Die Zahl der elektrischen Verbraucher im Auto ist heute viel höher als früher. Sicherheits- und Komfortfeatures wie aktive Radaufhängung oder Scheibenheizungen sind ebenso energiehungrig wie Hochleistungspumpen oder Turbolader.
Durch die viermal höhere Spannungslage kann ein 48V-Mild-Hybrid deutlich mehr kinetische Energie rekuperieren und dann wieder zur Verfügung stellen. Darüber werden die Hochleistungsverbraucher zuverlässig versorgt und zusätzliche Fahrfunktionen wie Komfortstart, Boost und Coasting ermöglicht. Gleichzeitig sind 48V eine für den Menschen ungefährliche Niedervoltspannungslage. Im Gegensatz zu Hochvoltsystemen sind daher für das 48V-Bordnetz keine speziellen Sicherheitsauflagen notwendig.
Ein 48V-Mild-Hybrid hat dabei in der Tat zwei Bordnetze: Über das konventionelle 12V-Netz werden weiterhin alle Verbraucher mit niedrigem Spannungsbedarf gespeist, z.B. das Radio, die Scheinwerfer oder die Fensterheber. Dadurch müssen diese Komponenten nicht auf eine andere Spannungslage umgestellt werden – so entsteht weniger Aufwand bei der Systemintegration. Die beiden Bordnetze sind dabei über einen DC/DC-Wandler gekoppelt – die rekuperierte Bremsenergie kann also auch das 12V-Netz versorgen.
Technologievergleich: Was unterscheidet Mild-Hybrid, Voll-Hybrid, Plug-in-Hybrid sowie
Alle drei Antriebskonzepte haben einen E-Motor an Bord – aber Sie unterscheiden sich vor allem hinsichtlich der primären Energiequelle, der Spannungslage und der elektrischen Fahrfunktionen.
Mild-Hybrid
Beim Mild-Hybrid ist der Hauptantrieb ist der Verbrennungsmotor, die E-Maschine dient hauptsächlich der Effizienzsteigerung: Bremsenergie wird zurückgewonnen, in einer kleinen 48V-Batterie (~0,5 – 1 kWh) gespeichert und für zusätzliches Drehmoment und die Versorgung des Bordnetzes genutzt. So werden je nach Topologie 15-25% des Kraftstoffverbrauchs eingespart. Rein elektrisches Fahren ist gar nicht oder nur sehr eingeschränkt möglich.
Voll-Hybrid
Der Voll-Hybrid basiert auf dem selben Prinzip: Von außen wird dem System nur über Kraftstoff Energie zugeführt – aber ein E-Motor rekuperiert beim Bremsen kinetische Energie und stellt diese später wieder zur Verfügung. Der Unterschied: Voll-Hybride operieren in der Regel auf Hochvolt-Basis und haben eine größere Batterie. Dadurch sind die Sicherheitsanforderungen und Systemkosten deutlich höher. Auf der anderen Seite kann im Vergleich mehr Energie zurückgewonnen und gespeichert werden; kurze Strecken können mit dem E-Motor gefahren werden.
Plug-in-Hybrid
Ein Plug-in-Hybrid hat zwei vollwertige Antriebe – einen Verbrennungsmotor und eine Hochvolt-E-Maschine. Diese „doppelte Motorisierung“ sowie die größere Batterie (oft um die 10 kWh) treiben Kosten und Gewicht in die Höhe. Dafür ist rein elektrisches Fahren von meist um die 40 bis 60 km möglich und der Verbrennungsmotor theoretisch nur für Überlandfahrten notwendig. Die Batterie wird via Steckdose z.B. direkt am Haushaltsnetz geladen.
E-Auto (BEV)
Das batteriebetriebene E-Auto (BEV) kommt komplett ohne Verbrennungsmotor aus, braucht dafür aber deutlich größere Akkus – modellabhängig pro 100 km etwa 20 kWh Batteriekapazität. Geladen wird auch hier über die Steckdose zu Hause – oder am wachsenden Netz an öffentlichen Ladesäulen.
Dabei gibt es aktuell nicht die eine beste Wahl für jeden Verbraucher – zu groß sind die Unterschiede bezüglich der persönlichen Bedürfnisse (z.B. reines Stadtauto vs. Berufsfahrer) und regionalen Voraussetzungen (v.a. hinsichtlich der Ladeinfrastruktur und des Anteils regenerativer Energie am Strommix). Langfristig bewegt sich die Transformation der Mobilität für den Individualverkehr klar in Richtung BEV – auf dem Weg dorthin können aber insbesondere Mild-Hybrid-Fahrzeuge noch viel unnötige CO2-Emissionen verhindern.
Für welche Fahrzeugtypen lässt sich die 48V Technologie
Die Kombination aus leistungsfähigem E-Motor mit niedrigen Sicherheitsanforderungen macht 48V-Maschinen auch jenseits von Mild-Hybrid-Anwendungen vielfältig einsetzbar.
Neben den Produktportfolios der Automobilhersteller, etablieren sich 48V-Maschinen daher auch zunehmend als Hauptantrieb für leichte Elektrofahrzeuge. So wird z.B. die neuaufgelegte elektrifizierte Version der klassischen Schwalbe aus DDR-Zeiten, auf die u.a. Sharing-Dienste wie Emmy setzen, ebenso von einer 48V-Maschine angetrieben wie demnächst E-Rikschas und Kleinstautos in Indien.
Auch beim PKW kann 48V mehr als nur Mild-Hybridisierung leisten. Entsprechend hochskalierte E-Maschinen können z.B. ausreichend Leistung liefern, um 48V-Vollhybride oder sogar kompakte 48V-Elektrofahrzeuge anzutreiben – zum Beispiel durch zwei Maschinen an der Hinterachse.
Im Nutzfahrzeugbereich eröffnen 48V-Maschinen ebenfalls neue Möglichkeiten – von der Start/Stopp Funktion bei leichten Lkw bis zur Mild-Hybridisierung von schweren LKW. Auch bei Off-Road Anwendungen wie Aufsitzrasenmähern, elektrisch angetriebenen Werkzeugen an Traktoren oder motorisierten Anhängerachsen eröffnen sich durch 48V-Systeme neue Vorteile und Möglichkeiten um Emissionen einsparen.
2- und 3-Räder können beispielsweise mit einer 48V BRM komplett elektrisch betrieben werden.
Was macht Mild-Hybridisierung auch für Fahrzeughersteller
Die 48V-Technologie vereint drei Aspekte, die gerade in dieser Kombination für Automobilhersteller sehr attraktiv sind: Signifikante Reduzierung von CO2-Emissionen, zusätzliche Verkaufsargumente gegenüber dem Endverbraucher, und kostengünstige Integration in bestehende Fahrzeugplattformen.
Zunehmend strengere CO2-Grenzwerte setzen Hersteller unter Druck, ihre Fahrzeuge immer effizienter zu gestalten. Durch systematische Einführung von 48V-Hybriden quer über das Portfolio lässt sich der Flottenverbrauch schnell und effektiv senken. Auch Abgasnormen wie künftig Euro7 lassen sich leichter erreichen – einerseits durch den geringeren Kraftstoffverbrauch, aber auch weil das 48V-Bordnetz z.B. den Katalysator beim Kaltstart vorheizen und so Emissionen reduzieren kann.
Gleichzeitig wird 48V wegen seiner Vorteile für den Fahrer auch als zusätzlicher Kaufanreiz in den Mittelpunkt gestellt und der Kunde gezielt mit dem niedrigeren Verbrauch und Zusatzfeatures wie Komfortstart oder Boost-Funktion umworben.
Dabei ist der mechanische Integrationsaufwand überschaubar – gerade eine 48V-Maschine statt eines konventionellen Generators am Riementrieb lässt sich mit niedrigen Systemkosten und ohne große Eingriffe in quasi alle bestehenden Fahrzeugplattformen implementieren. Dabei ist das 48V-Hybrid-System nicht nur für den Kunden wirtschaftlich – auch für den Hersteller kann es durch die Vermeidung möglicher Strafzahlungen Kosten sparen. In der EU entspricht beispielsweise eine leicht zu erzielende Einsparung von 10 g CO2 / km einer vermiedenen Strafzahlung in Höhe von 950€ – und deckt damit im Wesentlichen die Systemkosten für eine P0-Lösung ab.
Welche 48V-Produktlösungen bietet SEG Automotive
SEG Automotive entwickelt Produkte für alle Antriebsstrangarchitekturen – unabhängig davon, ob die Energie aus Kraftstoff, Batterie oder Wasserstoff stammt. Unser Ziel ist dabei stets dasselbe: Das Fahrzeug so effizient wie möglich zu machen. Mit unseren robusten Lösungen beschleunigen wir so den Wandel zu effizienteren Verbrennungsmotoren, E-Fahrzeugen und klimaneutraler Mobilität.
Konkret für 48V bieten wir drei verschiedene Produktbaukästen für unterschiedliche Einsatzzwecke an – je nach Bedürfnis des Kunden als Gesamtpaket mit Elektronik und Software oder auch als Einzelkomponenten:
Welche Karrierechancen im 48V-Bereich bietet
Die Komplexität der Fahrzeuge hat in den letzten Jahren rasant zugenommen, nicht nur wegen Funktionen zum autonomen Fahren. Hinter unseren 48V- und Elektrifizierungs-Produkten stehen daher engverzahnte Teams für Hardware, Software, Elektronik, Testing und Fertigung.
Von Erprobung, Musterbau und Prozessentwicklung bis zu Coding und Qualitätssicherung bieten wir für Ingenieure, Softwerker, Logistiker etc. spannende Stellenprofile an. Mehr Informationen in unserem Jobportal.
