Plug-In Hybridtechnik weiter gedacht

Auf dem Weg in die rein elektrische Mobilität stellen Plug-in-Hybride vielleicht die wichtigste Brückentechnologie dar. In ihrer bereits dritten Generation präsentiert Mercedes-Benz mit seinen EQ Power-Modellen ein effizientes Antriebspaket und geht damit einen weiteren Schritt in Richtung CO₂-neutraler Mobilität. Die Vorteile der Technologie werden Mercedes-Benz Kunden bis Ende 2020 bereits in mehr als 20 verschiedenen Modellvarianten erleben können.

Im Plug-in-Hybrid ergänzen sich die positiven Eigenschaften von Elektroantrieb und Verbrennungsmotor und egalisieren dabei nahezu komplett die Beschränkungen der jeweiligen Systeme. Der Hauptvorteil der Hybrid-Technik ist die Möglichkeit des lokal emissionsfreien Fahrens, wenn es darauf ankommt, in Kombination mit der vom herkömmlichen Auto gewohnten Autonomie. Reichweitenangst kennen Plug-in-Hybrid-Fahrer nicht. Dabei stellen verhältnismäßig große Lithium-Ionen-Akkus rein elektrische Aktionsradien sicher, die für einen Großteil der täglichen Fahrten mehr als ausreichen. Mercedes-Benz wird diese wegweisende Technologie über die gesamte Palette ausrollen – von der A- bis zur S-Klasse, vom GLA bis zum GLE bekommen die Verbrennungsmotoren elektrische Unterstützer zur Seite gestellt. Diese beziehen ihre Energie aus Akkus, die sich komfortabel und schnell zu Hause, an der Ladesäule des Arbeitsplatzes oder am öffentlichen Netz aufladen lassen.

Die Mercedes-Benz Forschung hat unter anderem mit der EQ Ready App ermittelt, wie groß die Distanzen sind, die von E-Mobilisten durchschnittlich zurückgelegt werden. Die Analyse zeigt, dass eine rein elektrische Reichweite von 50 Kilometern für 90 Prozent aller Fahrten ausreicht. Der Anteil längerer Touren ist verschwindend klein – mehr als 90 Prozent aller Fahrten sind kürzer als 100 Kilometer und ein Großteil aller Fahrten fällt kürzer als 400 Kilometer aus. Die Plug-in-Hybride der dritten Generation passen ideal zu diesen Ergebnissen.

Plug-in-Hybrid-Technik für Kompaktmodelle

Für Modelle mit quer eingebautem Motor und dem Doppelkupplungsgetriebe 8G-DCT wurde ein kompakter Hybridtriebkopf entwickelt, dessen E-Maschine als permanenterregte Synchronmaschine mit Innenläufer arbeitet. Ihr Stator ist ein integraler Bestandteil des Triebkopfgehäuses, der Rotor des E-Motors umfasst die im Ölbad laufende Trennkupplung. Eine bedarfsgerechte Stator- und Rotorkühlung macht es möglich, sowohl Spitzen- wie Dauerleistung der E-Maschine ohne Abstriche abzurufen. Der Aufbau der Hybrid-Komponenten erlaubt es erstmals bei Mercedes-Benz, auf einen klassischen 12-Volt-Starter zu verzichten, denn für Start und Zustart des Verbrennungsmotors kommt ausschließlich die E-Maschine zum Einsatz. Zur Effizienz der kompakten Antriebseinheit gesellen sich eine gehörige Portion Fahrfreude und Alltagstauglichkeit. Schon die technischen Highlights der Kompaktklassehybriden sprechen hier eine deutliche Sprache:

• Elektrische Reichweite bis zu 77 km (NEFZ)
• Elektrische Leistung 75 kW
• Systemleistung 160 kW
• Systemdrehmoment 450 Nm
• Höchstgeschwindigkeit 140 km/h (elektrisch)/235 km/h (gesamt; A-Klasse Kompaktlimousine)
• Beschleunigung 0-100 km/h in 6,6 Sekunden (A-Klasse Kompaktlimousine)
• Nahezu keine Einschränkungen beim Gepäckraum

Als EQ Power-Verbund leisten die E-Maschine und der 1,33 Liter große Vierzylindermotor 160 kW (218 PS) und entwickeln ein Gesamtdrehmoment von maximal 450 Nm. Die typische Charakteristik der E-Maschine, volles Drehmoment aus dem Stand, lässt die kompakten Plug-in-Hybride besonders spontan auf das Fahrpedal reagieren. Entsprechend dynamisch sind die Fahrleistungen: Den klassischen Sprint von 0 auf 100 km/h absolviert beispielsweise der A 250 e (Kraftstoffverbrauch kombiniert 1,5-1,4 l/100 km, CO₂-Emissionen kombiniert 34-33 g/km, Stromverbrauch kombiniert 15,0-14,8 kWh/100 km)¹ in lediglich 6,6 Sekunden. Erst bei einer Höchstgeschwindigkeit von 235 km/h begrenzen die Fahrwiderstände den Vortrieb.

Die neueste Akku-Generation mit hoher Energiedichte

Ein Lithium-Ionen-Akku mit einer Gesamtkapazität von 15,6 kWh dient dem elektrischen System als Energiespeicher. Der lässt sich extern mit Wechsel- oder Gleichstrom aufladen. Der fahrzeugeigene Anschluss dafür, praktisch die elektrische Tankklappe, befindet sich im hinteren Bereich der rechten Seitenwand. Über sie lassen sich die kompakten Plug-in-Hybride an einer 7,4-kW-Wallbox mit Wechselstrom (AC) innerhalb 1 h 45 min von 10-100 Prozent SoC (Status of Charge, Ladezustand) aufladen. Beim schnelleren Gleichstromladen (DC) schrumpft die Ladedauer auf nur noch rund 25 Minuten von 10-80 Prozent SoC. Die wassergekühlten etwa 150 Kilogramm schweren Akkus liefert die 100-prozentige Daimler-Tochter Deutsche ACCUMOTIVE zu. Das Unternehmen verwendet für die EQ Power genannte dritte Generation der Mercedes-Benz Plug-in-Hybriden Akkus mit weiterentwickelter Zellchemie. Der Sprung von Lithium-Eisen-Phosphat (LiFePo) zu Lithium-Nickel-Mangan-Kobalt (Li NMC) ermöglichte dabei eine Steigerung der Zellkapazität von 22 auf 37 Ah. Entsprechend kompakter konnten die Akkupakete gestaltet werden, mit Vorteilen für Kofferraumvolumen und Platzangebot für die Passagiere.

Plug-in-Hybrid-Technik für den Längseinbau

Seit Einführung der Hybrid-Technik bei Mercedes-Benz im Jahr 2009 im S 400 Hybrid wurde der Antriebsstrang für den Längseinbau konsequent weiterentwickelt. Für die EQ Power genannte jüngste Generation konzipierten die Entwickler vor allem die Elektromaschine im Plug-in-Hybridgetriebe 9G-TRONIC neu. Sie arbeitet als permanent erregte Synchronmaschine mit Innenläufer. Eine performantere Leistungselektronik verhilft ihr zu einer höheren Leistungs- und Drehmomentdichte. Mit ihrem Drehmomentwandler mit integrierter Wandlerüberbrückungskupplung ist ein weiterer Innovationssprung gelungen. Trotz nochmals gestiegener Leistung blieb die Bauform der E-Maschine äußerst kompakt. Insgesamt ist das Getriebe nur 108 mm länger als das 9G-TRONIC Grundgetriebe. Von ihm wird die stärkste Baustufe mit einem übertragbaren Drehmoment von bis zu 700 Nm für den Hybrideinsatz verwendet, um die vereinten Kräfte von Verbrennungs- und Elektromotor dauerhaft nutzen zu können.

Premiere feierte dieses Antriebssystem im Mercedes GLE 350 de 4MATIC (Kraftstoffverbrauch gewichtet 1,1 l/100 km, CO₂-Emissionen gewichtet 29 g/km, Stromverbrauch gewichtet 25,4 kWh/100 km). Seine im Vergleich zu den anderen Plug-in-Hybriden deutlich größere elektrische Reichweite garantiert ein noch ausgeprägteres, lokal emissionsfreies E-Fahrt-Erlebnis. Die wichtigsten Daten:

• Elektrische Reichweite von bis zu 106 km (NEFZ)
• Elektrische Leistung 100 kW
• Systemleistung 235 kW/320 PS
• Systemdrehmoment 700 Nm
• Höchstgeschwindigkeit bis 160 km/h (elektrisch)/210 km/h (gesamt)
• Beschleunigung 0-100 km/h in 6,8 Sekunden

Mit seiner Batteriekapazität von 31,2 kWh erreicht der GLE 350 de bei entsprechender Fahrweise über 100 Kilometer elektrische Reichweite (nach NEFZ). Sollte diese große Reichweite unterwegs einmal nicht ausreichen, erlaubt der GLE 350 de auch schnelles Nachladen über seinen COMBO-Ladeanschluss für Wechselstrom-/AC- und Gleichstrom-/DC-Laden. Er befindet sich in der linken hinteren Seitenwand. An DC-Schnellladesäulen ist das Stromtanken in ca. 20 Minuten (10-80 Prozent SoC/Ladestand) bzw. in ca. 30 Minuten (10-100 Prozent SoC) möglich.

Mercedes me Charge erleichtert das Laden

Optional erhalten die Mercedes-Benz Plug-in-Hybrid-Fahrer mit dem Service Mercedes me Charge Zugang zu einem der weltweit größten Ladenetze. Über die App Mercedes me oder das Infotainmentsystem MBUX (Mercedes-Benz User Experience) lassen sich zahlreiche Informationen zu Ladesäulen abrufen oder die Navigation zu einem Ladepunkt starten. Das natürliche Sprachverstehen des MBUX-Systems erlaubt die Suche von Ladesäulen in der Nähe oder entlang der gewählten Route. So werden Finden, Laden und Bezahlen so komfortabel wie nie.

Intelligente Betriebsstrategie unterstützt den Fahrer

Damit die Abstände zwischen den einzelnen Ladevorgängen so groß und die Ladezeit so kurz wie möglich sind, unterstützt die Bordelektronik der EQ Power-Modelle den Fahrer beim effizienten Fahren mit einer intelligenten und streckenbasierten Betriebsstrategie. Sie empfiehlt den elektrischen Fahrmodus für die jeweils sinnvollsten Streckenabschnitte und berücksichtigt dabei unter anderem Navigationsdaten, Topografie, Geschwindigkeitsvorschriften und die Verkehrsverhältnisse für die gesamte geplante Route. Der so genannte ECO Assistent steht dem Fahrer als eine Art Coach zur Seite und hilft beim Strom- und Kraftstoffsparen. Folgt man dem Coach des ECO Assistenten konsequent, lässt sich der Verbrauch um bis zu fünf Prozent gegenüber einem normalen Fahrprofil senken.

Plug-in-Hybrid mit großem CO₂-Sparpotenzial

In die Betrachtung der Umweltverträglichkeit eines Fahrzeuges beziehen die Umweltexperten von Daimler die Emissionen und den Ressourcenverbrauch über den gesamten Lebenszyklus ein – von der Rohstoffgewinnung über die Produktion und Nutzung bis hin zur Verwertung. Trotz des höheren Aufwandes in der Herstellung eines Hybriden fällt die Umweltbilanz positiv aus. Tatsache ist, dass ein Mercedes-Benz Plug-in-Hybrid der dritten Generation in der Herstellung einen etwa 20 Prozent höheren CO₂-Ausstoß als ein vergleichbares Modell mit konventionellem Antrieb produziert, vor allem die Hochvoltbatterie trägt dazu bei.

Konsequentes Nutzen der Plug-in-Funktion, also regelmäßiges Aufladen des Akkus am Netz, im Verbund mit der höheren Effizienz im Fahrbetrieb selbst, senkt den CO₂-Ausstoß um 40 Prozent, selbst mit dem aktuell in Deutschland verfügbaren Strommix. Wird die Fahrzeugbatterie ausschließlich mit Ökostrom geladen, steigt die CO₂-Ersparnis der EQ Power-Modelle von Mercedes-Benz sogar auf bis zu 70 Prozent. Tatsächlich ermöglichen die großen Akkus der aktuellen Plug-in-Hybrid-Generation, in Verbindung mit den leistungsstarken E-Maschinen, einen besonders effizienten Fahrbetrieb, selbst wenn die rein elektrische Reichweite eigentlich erschöpft ist. Ausgeprägtes Rekuperationsvermögen und die intelligente Betriebsstrategie sorgen dafür, dass sich der Akku im Grunde nie ganz entleert. So kann die E-Maschine den Verbrennungsmotor auch auf Langstrecken immer wieder unterstützen, schon kurze Momente im Schubbetrieb bilden dafür die Grundlage. Damit läuft der Verbrenner wesentlich häufiger im optimalen und besonders effizienten Kennfeld als dies bei konventionellen Antrieben möglich ist.

Trotz des größeren „CO₂-Rucksacks“ durch die aufwändigere Herstellung spart der Plug-in-Hybrid über den gesamten Lebenszyklus eine große Menge CO₂ ein und erreicht im besten Fall lediglich etwa 45 Prozent der Gesamtemissionen eines vergleichbar starken, konventionell angetriebenen Modells. Mehr CO₂-Emissionen bei der Herstellung sind also in diesem Fall eine Investition, die sich – bei Nutzung des elektrischen Potentials durch regelmäßiges Laden – über den gesamten Lebenszyklus mehr als bezahlt machen kann.

¹ Die angegebenen Werte sind die ermittelten „NEFZ-CO₂-Werte“ i.S.v. Art. 2 Nr. 1 Durchführungsverordnung (EU) 2017/1153. Die Kraftstoffverbrauchswerte wurden auf Basis dieser Werte errechnet. Die Reichweite und der Stromverbrauch wurden auf der Grundlage der VO 692/2008/EG ermittelt. Als Bemessungsgrundlage nach dem EmoG ist ein anderer Wert maßgeblich. Als Bemessungsgrundlage für die Kraftfahrzeugsteuer kann ein höherer Wert maßgeblich sein. Weitere Informationen zum offiziellen Kraftstoffverbrauch und den offiziellen spezifischen CO₂-Emissionen neuer Personenkraftwagen können dem „Leitfaden über den Kraftstoffverbrauch, die CO₂-Emissionen und den Stromverbrauch“ neuer Personenkraftwagen entnommen werden, der an allen Verkaufsstellen und bei der Deutschen Automobil Treuhand GmbH unter www.dat.de unentgeltlich erhältlich ist.

Quelle: Daimler AG