Bei den Hybridantrieben der Fahrzeuge mit längs eingebautem Motor von C- bis S-Klasse, von GLC bis GLE handelt es sich bereits um die dritte Hybrid-Generation seit der Einführung des S 400 Hybrid im Jahr 2009. Der aktuelle Elektromotor wurde hierbei für das Plug-in-Hybridgetriebe 9G-TRONIC neu konzipiert und ist nach dem Prinzip einer permanent erregten Synchronmaschine als Innenläufer aufgebaut. In Verbindung mit der ebenfalls neuen, deutlich leistungsfähigeren Leistungselektronik konnten die Leistungs- und Drehmomentdichte signifikant verbessert werden.
Eine der größten Innovationen im Vergleich zum Vorgänger besteht in der Verwendung eines Drehmomentwandlers mit integrierter Wandlerüberbrückungskupplung als Anfahrelement und zusätzlicher Trennkupplung zwischen Verbrennungs- und Elektromotor für rein elektrisches Fahren.
90 kW Spitzenleistung (beim GLE 350 de 4MATIC sogar 100 kW) und ein Anfahrdrehmoment von 440 Nm sorgen für ein souveränes Fahrgefühl auch bei rein elektrischer Fahrt und erlauben dabei Höchstgeschwindigkeiten über 130 km/h (GLE 350 de 4MATIC: bis zu 160 km/h). Der Stator ist fest in das Triebkopfgehäuse integriert, der Rotor zwischen dem Leistungsfluss von Trennkupplung und Getriebeeingang. Bedarfsgerechte Stator- und Rotorkühlung erlauben es, Spitzen- und Dauerleistung der E-Maschine problemlos zu nutzen.
Mehr Energie, dichter gespeichert: größere elektrische Reichweite
Die Plug-In-Hybride der aktuellen Generation von Mercedes-Benz warten mit einer rein elektrischen, lokal emissionsfreien Reichweite von rund 50 km (NEFZ) auf. Der GLE kommt sogar über 100 Kilometer (NEFZ) weit. Entscheidend für diese Erhöhung der elektrischen Reichweite ist die auf 13,5 kWh gesteigerte Nennkapazität. Die Batterie des GLE speichert sogar 31,2 kWh. Die Evolution der Zellchemie von Lithium-Eisen-Phosphat (LiFePo) zu Lithium-Nickel-Mangan-Cobalt (Li‑NMC) ermöglichte eine Steigerung der Zellkapazität von 22 auf 37 Ah. Das hocheffiziente Batteriesystem stammt von der Daimler Tochter Deutsche ACCUMOTIVE. Die Leistungselektronik ist im Motorraum untergebracht.
On-Board-Lader mit 7,4 kW Leistung: schneller Laden
Der neue On-Board-Lader verdoppelt die Ladeleistung von 3,6 kW auf 7,4 kW und bildet einen bestmöglichen Kompromiss zwischen Baugröße, Gewicht und Ladeleistung. An einer Wallbox mit Wechselstrom (AC) ist die leere Batterie so beispielsweise ganz komfortabel zu Hause nach circa 1,5 Stunden (GLE: 3 Stunden 15 Minuten) wieder vollständig geladen. Selbst an einer üblichen Haushaltssteckdose gelingt dies innerhalb von ca. fünf Stunden.
Beim Gleichstromladen (DC) beträgt die Ladezeit bei den kompakten Hybriden etwa 25 Minuten von 10 – 80 Prozent SoC. Der GLE besitzt eine COMBO-Ladedose für Wechselstrom-/AC- und Gleichstrom-/DC-Laden. Sie befindet sich in der linken Seitenwand, symmetrisch zur Tankklappe auf der rechten Fahrzeugseite. An entsprechenden DC-Ladesäulen ist bei ihm das Laden der Batterie in ca. 20 Minuten (10-80 Prozent SoC/Ladestand) bzw. in ca. 30 Minuten (10-100 Prozent SoC) möglich.
Elektrische Klimatisierung des Innenraums: Wohlfühltemperaturen schon vor dem Start
Vom Hochvolt-Bordnetz werden neben den Antriebskomponenten und der Unterdruckpumpe des rekuperativen Bremssystems auch der elektrische Kältemittelverdichter und der Hochvolt-Zuheizer versorgt. Beide ermöglichen eine Vorklimatisierung des Innenraums sowohl im Sommer als auch im Winter, weil sie auch ohne Verbrennungsmotor funktionieren.
Hybridtriebkopf im Wandlergetriebe: mehr Leistung, weniger Platzbedarf
Herzstück der Mechanik aller Plug-in-Hybride der dritten Generation mit längs eingebautem Verbrennungsmotor ist das Neungang-Hybridgetriebe 9G-TRONIC. Es ergänzt die bekannte Wandlerautomatik um einen Hybridtriebkopf mit integriertem Wandler, der Trennkupplung und einer leistungsstarken E‑Maschine. Die Vorzüge des Grundgetriebes, wie zum Beispiel der ausgezeichnete Antriebskomfort, kaum wahrnehmbare Schaltvorgänge und eine hohe Anhängelast im Zugbetrieb, werden dabei übernommen. Für den Hybridbetrieb wird die stärkste Baustufe des Grundgetriebes mit einem übertragbaren Drehmoment von bis zu 700 Nm verwendet, um die vereinten Kräfte von Verbrennungs- und Elektromotor bei Bedarf nutzen zu können. Das Neungang-Hybridgetriebe 9G-TRONIC zeichnet sich durch seinen sehr hohen Wirkungsgrad aus und trägt insbesondere während elektrischer Fahrt zur Effizienzsteigerung des Triebstrangs bei.
Für Fahrzeuge mit quer eingebautem Motor und dem Doppelkupplungsgetriebe 8G-DCT wurde ein kompakter Hybridtriebkopf entwickelt, der den gleichen technischen Prinzipien folgt wie das entsprechende Bauteil der Fahrzeuge mit Längsmotor. Details im nächsten Kapitel.
Der große Vorzug des neuen Hybridtriebkopfs ist sein sehr kompaktes Design, das durch die innovative Integration und Anbindung von Trennkupplung, Torsionsschwingungsdämpfer und Wandlerüberbrückungs-kupplung innerhalb des Rotors der E-Maschine erreicht wurde. Insgesamt ist das Getriebe nur 108 mm länger als das 9G-TRONIC Grundgetriebe.
Im Gegensatz zu dem Triebkopf der zweiten Generation, bei dem der Elektromotor direkt mit dem Getriebeeingang verbunden war und eine nasse Anfahrkupplung als Start- und Trennkupplung verwendet wurde, übernimmt nunmehr ein Drehmomentwandler zwischen Elektromotor und Getriebe den Anfahrvorgang. Durch den so möglichen Verzicht auf Anfahrfähigkeit konnte die Trennkupplung hinsichtlich ihres Schleppmoments verbessert werden, um Verluste während der elektrischen Fahrt zu reduzieren.
Um eine bestmögliche Schwingungsentkopplung zu erzielen, werden im Hybridgetriebe zwei Torsionsschwingungsdämpfer eingesetzt, die die Anregungen des Verbrennungsmotors dämpfen. Der erste Schwingungsdämpfer ist zwischen Motor und Getriebe eingebaut, der zweite Schwingungsdämpfer wurde in den Drehmomentwandler integriert.
Hohes CO2-Einsparpotenzial: Den Plug-in-Hybrid richtig nutzen
Um die Umweltverträglichkeit eines Fahrzeugs bewerten zu können, betrachten die Umweltexperten von Daimler die Emissionen und den Ressourcenverbrauch über den gesamten Lebenszyklus eines Fahrzeugs hinweg. Dies geschieht mittels einer Ökobilanz, die die wichtigsten Umweltwirkungen erfasst – von der Rohstoffgewinnung über die Produktion und Nutzung bis hin zur Verwertung. Dabei zeigt sich: Schon heute fällt die Umweltbilanz von Plug-in-Hybriden hinsichtlich der CO2-Emissionen trotz des höheren Aufwandes in der Herstellung durchaus positiv aus.
Ein Plug-in-Hybrid der neuen Mercedes-Benz Generation verursacht in der Herstellung durch die Technologiebauteile, besonders durch die Hochvoltbatterie, einen ca. 20 Prozent höheren CO2 Ausstoß als ein vergleichbarer Wagen mit konventionellem Antrieb. Wird die Plug-in-Funktion konsequent genutzt durch regelmäßiges Aufladen der Batterie am Netz, sind in Kombination mit der höheren Effizienz im Fahrbetrieb selbst beim aktuellen Strom-Mix bis zu 40 Prozent weniger CO2-Emissionen im Fahrbetrieb möglich. Wird die Batterie des Fahrzeugs ausschließlich mit Strom aus erneuerbaren Energiequellen betankt, steigt die CO2-Ersparnis im Fahrbetrieb auf bis zu 70 Prozent.
Trotz des deutlich höheren Aufwandes in der Herstellung kann der Plug-in-Hybrid daher über den gesamten Lebenszyklus einen großen Teil der CO2-Emissionen einsparen und kommt im besten Fall auf etwa 45 Prozent der Gesamtemissionen eines Verbrenners. Mehr CO2-Emissionen bei der Herstellung sind also in diesem Fall eine Investition, die sich beim Fahren mehr als rechnet.
Quelle: Daimler AG