„Effizienz heißt die neue Währung.“ Daneben gilt es, höchstmögliche Skalierbarkeit zu erzielen. Das hören wir bei den Mercedes-Workshops zum Antriebsstrang in Böblingen immer wieder. Die Vision EQXX, das dreimalige Rekordfahrzeug von Mercedes-Benz, gilt dabei als Paradefahrzeug und Impulsgeber für die kommenden E-Fahrzeuggenerationen. Eine davon und das künftige Einstiegsmodell von Mercedes ist der CLA, das im kommenden Jahr debütiert. Weitere Fahrzeuge auf der neuen MMA-Plattform werden sukzessive folgen. Immer unter der Devise: Electric first.
Neben der Vorfahrt für rein elektrische Pkw hat man bei Mercedes-Benz aber erkannt, dass viele Kunden immer noch lieber hybrid als vollelektrisch unterwegs sind. Diesem Wunsch nach Reichweite bei gleichzeitig niedrigem Verbrauch wird eine Version des CLA mit Hybridantrieb nachkommen – allerdings erst mit deutlichem Verzug zur Markteinführung der vollelektrischen Ausführung.
Auf der Rennstrecke von Nardo legte der Mercedes CLA in 24 Stunden eine Distanz von 3.717 Kilometer zurück. Dazu absolvierten die Fahrer 40 Ladestopps von jeweils rund zehn Minuten Dauer und kamen so auf eine Durchschnittsgeschwindigkeit von 154,9 km/h .
Besonders stolz sind die Mercedes-Entwickler darauf, dass Software, Hardware, Systemintegration und Erprobung unter einem Dach, nämlich dem eigenen, stattfinden. Man sei, so die für Schwaben durchaus unbescheidene Ansage, führend mit seinen beiden neuen Antrieben – egal, ob elektrisch oder mildhybrid.
Elektromotor ins Getriebe integriert
Als weiteres strategisches Plus gilt die hoch flexible MMA-Architektur (Mercedes Modular Architecture). Erstmals wird mit dem sogenannten 8F-eDCT ein Getriebe auf der MMA Plattform verbaut, die ursprünglich nur für rein elektrische Antriebe konzipiert war. Das Achtgang-Doppelkupplungsgetriebe wurde so kurz und kompakt wie möglich ausgelegt. Der Elektromotor mit seiner 20 kW Antriebsleistung wurde dabei in das Getriebe integriert. Es ist ein Seite-an-Seite Arrangement der E-Maschine. Das Ergebnis ist eine hochintegrierte Einheit von E-Motor, Wechselrichter und Getriebe.
Als hochintegrierte Einheit von Elektromotor, Wechselrichter und Achtgang-Getriebe präsentiert sich die elektrische Achse, die Mercedes für die hocheffiziente Hybridversion des CLA entwickelt hat. Bilder : Mercedes-Benz
Die Frage der richtigen Dimensionierung war für die Entwicklung des Hybrid entscheidend. Und während das Getriebe 120 Kilogramm wiege, spare man sich beim Hybrid etwa 17 Prozent Gewicht durch die intelligente Integration.
Acht Gänge und vier Rekuperationsstufen
Rekuperation und die Möglichkeit, innerstädtisch rein elektrisch zu fahren, machen den Antriebsstrang besonders effizient. Die Ingenieure nennen ihn den effizientesten Hybridantrieb, den sie jemals entwickelt hätten. Im Verbrauch komme er dem eines Dieselaggregats sehr nahe. Die Übergänge zwischen den verschiedenen Stufen (idle, combustion, hybrid, electric) seien äußerst sanft.
Rekuperiert werden kann in allen acht Gängen in jeweils vier Stufen: „D Auto“ steht für intelligente Rekuperation, „D+“ für Segeln, „D“ für die Standard-Rekuperation (bis 1m/s2) und „D-“ für eine verstärkte Rekuperation (bis 3m/s2). Insgesamt, so das Fazit der Entwickler, sei es erstaunlich, wie häufig man rein elektrisch unterwegs sein könne mit diesem Antrieb.
Extrem leiser Vierzylinder von Geely
Neben der Performance des CLA achteten die Entwickler beim 48-Volt-Hybridantrieb vor allem auf die Geräuschentwicklung und versuchten, diese bestmöglich zu reduzieren. Das sei dermaßen gut gelungen, dass man oft meine, im rein elektrischen CLA unterwegs zu sein. Drei Zylinder kommen für Mercedes-Benz auch im Hybrid nicht in Frage. Für angenehme NVH Werte (Noise, Vibration, Harshness) verlasse man sich auf das Vier-Zylinder-Konzept. Das Ergebnis der Bemühungen ist der neue, von Mercedes entwickelte und bei Geely in China produzierte Vierzylinder M 252 1,5 Liter aus der sogenannten FAME-Motorenfamilie (Family of Modular Engines) mit Brennverfahren nach dem Miller-Zyklus.
Der neue Vierzylinder-Benziner für den mildhybriden CLA wurde in Mercedes-Ingenieuren entwickelt. Produziert wird er allerdings zu niedrigen Kosten bei der Geely-Tochter Aurobay in China – und von dort nach Deutschland exportiert und in Raststatt montiert.
Der Motor allein hat ein umfangreiches NVH-Paket aus Schäumen und Abdeckungen, um die Schallabstrahlung zu reduzieren. „Wir nennen dieses Zusammenspiel ein vollständig integriertes System“, sagt Jan Becker, Entwicklung Hybridantriebssystem.
„Zeiteffizienz“ spielt Schlüsselrolle
Und der rein elektrische CLA? Das Fahrzeug, das über eine 800-Volt-Architektur verfügt, hat auf der für Mercedes-Benz legendären Teststrecke in Nardò bei einer 24-Stunden-Testfahrt kürzlichen einen weiteren Weltrekord erzielt. Das Fahrzeug legte auf der süditalienischen Hochgeschwindigkeitsstrecke binnen 24 Stunden eine Distanz von 3.717 Kilometer zurück. Dazu absolvierten die Fahrer der zwei seriennahen CLA-Modelle pro Fahrzeug 40 Ladestopps an handelsüblichen Ladestationen von jeweils rund zehn Minuten Dauer. Unter Berücksichtigung dieser Ladestopps lag die Durchschnittsgeschwindigkeit immer noch bei 154,9 km/h. Rechnet man die Zeit für Ladestopps heraus, kamen sogar 210km/h heraus.
Die MMA-Plattform von Mercedes war ursprünglich nur für einen Elektroantrieb ausgelegt. Nun findet auch ein Hybridantrieb Platz.
Bei einer echten Fernreise – angepeilt wird eine Reichweite von 750 Kilometern des vollelektrischen Serienmodells mit einem 85 kWh großen Akku – wird später die ideale Ladestrategie vom Navigationssystem mit „Electric Intelligence“ festgelegt, unter Berücksichtigung von Verbrauch und Geschwindigkeit, Lufttemperatur und Verkaufsaufkommen. „Unsere 24-Stunden-Fahrt in Nardò hat gezeigt, welche hohe Zeiteffizienz unsere neue Elektroauto-Generation auf der Langstrecke bietet“, lässt sich Markus Schäfer, Chief Technology Officer Entwicklung und Einkauf zitieren.
Was die Rekordfahrt auch zeigte, ist eine neue Dimension von Effizienz. Die heißt „Zeiteffizienz“ und bedeutet mehr Kilometer in weniger Zeit. Hinzu kommt ein Wirkungsgrad von der Zelle zum Rad von angeblich über 93 Prozent. Das bedeutet hohe Reichweiten im Realbetrieb.
Batterieentwicklung nimmt nächsten Schritt
Die Batterie ist das Herzstück eines jeden Elektrofahrzeugs und da wiederum ist die Zellentwicklung entscheidend. Mit mehr als 15 Jahren Erfahrung bei der internen Entwicklung von Li-Ionen Batterien sehen sich die Ingenieure als gut gerüstet für zukünftige Herausforderungen bei der Effizienzsteigerung. Die liegt maßgeblich in den einzelnen Zellen.
Der neue Mercedes CLA soll neue Maßstäbe in punkto Effizienz setzen. Im täglichen Betrieb, aber auch an der Ladestation.
Fast archaisch mutet eine Batterie aus dem Jahr 2009 an, die die beiden Entwickler Uwe Keller und Steffen Dehn aus dem Museum als Anschauungsobjekt mitgebracht hatten. Sie war im Mercedes S400 hybrid verbaut, verfügte über 32 Zellen und brachte es auf 120 Watt. Im Jahr 2012 kam die zweite Generation von smarten Batterien in die Fahrzeuge, die Mercedes-Benz zusammen mit Evonic entwickelt hatte. Der nächste große Schub kam 2021 mit der Plattform EVA2, auf der die Elektroautos EQS und den EQE aufbauten.
Hoffnungsträger Festkörperakku
Und beim CLA wird es bei den Batterien den nächsten Entwicklungsschritt geben – aufgrund einer neuen Zellchemie mit einem höheren Silizium-Anteil in der Anode in einer Größenordnung von etwa 30 Prozent bei der Energiedichte. Ausgeliefert werden soll das Modell mit zwei Batteriepacks und Speicherkapazitäten von 58 und 85 kWh, in denen prismatischen Zellen unterschiedlicher Chemie sitzen. Bei der Lithium-Eisenphosphat-Chemie gibt Mercedes eine Energiedichte von 450 Wattstunden pro Liter an, bei der NMC sind es 680 Wh/l.
Und am Horizont deutet sich mit der Festkörperbatterie schon der nächste große Entwicklungsschritt ab. Dieser Batterietyp, da sind sie sich bei Mercedes sicher, werde neue Maßstäbe setzen, nicht nur bei der Energiedichte. Erwartet wird eine Verdopplung der Speicherkapazitäten und eine signifikante Gewichtsreduzierung. Zudem werde der heute noch sehr große Aufwand für die Kühlung des Energiespeichers entfallen. So kann es weitergehen.