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Mercedes-Benz macht die S-Klasse zum Dreiliter-Auto

Kurz nach dem Marktstart des S 400 Hybrid präsentiert Mercedes-Benz auf der 63. IAA in Frankfurt den Technologieträger "Vision S 500 Plug-in Hybrid" und damit die Zukunft seines modularen Hybrid-Systembaukastens. Dank der Kombination von Plug-in-Hybridantrieb mit Effizienz steigernden BlueEfficiency-Maßnahmen soll der Vision S 500 Plug-in Hybrid lediglich 3,2 Liter Benzin auf 100 Kilometer verbrauchen und 74 Gramm CO2 pro Kilometer im NEFZ (Neuer Europäischer Fahrzyklus) emittieren. Das Gesamtgewicht der elektrischen Komponenten beträgt beim aktuellen Versuchsfahrzeug 215 Kilogramm.

Der Antrieb besteht im Konzeptfahrzeug aus drei Hauptkomponenten: einem 3,5-Liter-Sechszylinder-Ottomotor mit Direkteinspritzung der nächsten Generation, einer permanenterregten Synchronmaschine mit circa 44 kW und einem Nenndrehmoment von 250 Newtonmetern sowie einer Lithium-Ionen-Batterie mit mehr als 10 kWh Speicherkapazität. Somit beschleunigt der Vision S 500 Plug-in Hybrid in 5,5 Sekunden aus dem Stand auf Tempo 100 und erreicht eine Höchstgeschwindigkeit von 250 km/h.

Konstruktiv unterscheidet sich das dreimal so starke Hybridmodul kaum vom kompakten scheibenförmigen 15-kW-Elektromotor, der im S 400 Hybrid arbeitet. Daher kann es ebenfalls in das Gehäuse der Siebenstufen-Automatik 7G-Tronic integriert werden. Während die extrem kompakte Lithium-Ionen-Batterie des S 400 Hybrid mit 0,9 kWh in dessen Motorraum Platz findet, ist der mit über 10 kWh deutlich leistungsfähigere Lithium-Ionen-Akku der Studie hinter den Rücksitzen im Kofferraum untergebracht. Damit trägt der rund 130 Kilogramm schwere Energiespeicher zur ausgewogenen Gewichtsverteilung im Fahrzeug bei, schränkt das Volumen des Benzintanks nicht ein und ist im Falle eines Unfalls geschützt.

Der Akku ermöglicht bis zu 30 Kilometer rein elektrisches Fahren, kann im Schnelllademodus mit einer Ladeleistung von 20 kW in weniger als 60 Minuten oder über einer handelsüblichen Steckdose mit 3,3 kW in rund viereinhalb Stunden geladen werden. Auch während der Fahrt kann die Batterie durch die Nutzung der Bremsenergie aufgeladen werden.

Dabei regelt ein kompakter Onboard-Lader hinter der seitlichen Kofferraumwand den Ladevorgang und ist gegen Kurzschluss, Verpolung sowie Überspannung geschützt. Zugleich überwacht das Ladesystem zum Schutz der Batterie die Spannung, Ladungsmenge und Ladezeit.

Die Li-Ionen-Batterie dient nicht nur als Energiespeicher für den Elektromotor, sondern ist über einen Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler auch mit dem 12-Volt-Bordnetz verbunden, das Standardverbraucher wie die Scheinwerfer und die Komfortfeatures versorgt. Um einen konstant hohen elektrischen Wirkungsgrad zu gewährleisten, werden die Spannungswandler über einen zusätzlichen Niedertemperatur-Kreislauf wassergekühlt.

Für den Betrieb des 3-Phasen-Drehstrom-Elektromotors im Hochvolt-Gleichspannungsnetz ist eine spezielle Leistungselektronik erforderlich. Der Wechselrichter findet seinen Platz im Motorraum. Da sich die Leistungselektronik durch die entstehenden elektrischen Ströme erwärmt, ist das System ebenfalls in den Niedertemperatur-Kühlkreislauf integriert. Auch bei der Leistungselektronik setzt Mercedes-Benz auf eine Standardisierung der Komponenten, die sich baureihenübergreifend mit verschiedenen Elektromotoren und Batterietypen kombinieren lassen.

Ein weiteres System-spezifisches Merkmal ist die zusätzliche Kupplung, die zwischen Verbrennungs- und Elektromotor integriert ist. Sie entkoppelt die beiden Aggregate bei rein elektrischer Fahrt voneinander, sodass im Elektro-Modus für höhere Effizienz gesorgt ist. Zudem ermöglicht sie die volle Rekuperationsleistung ohne Motorschleppverluste. Dank vollständiger Integration ins Wandlergehäuse beansprucht die Trennkupplung keinen zusätzlichen Einbauraum.

Reicht die Leistung des Elektromotors nicht mehr aus, etwa bei schnellerer Fahrt oder an sehr steilen Anstiegen, wird der Benzinmotor automatisch gestartet und dem Antriebsstrang zugeschaltet. Vor dem Schließen der Kupplung synchronisiert die Fahrzeugelektronik dabei die Drehzahl von Verbrennungsmotor und Hybridmodul, sodass das Zuschalten ruckfrei geschieht. Zudem verfügt das Hybridmodul im Vision S 500 Plug-in Hybrid wie das System im S 400 Hybrid über die Eco-Start-Stopp-Funktion.

Dr. Thomas Weber, Mitglied des Vorstands der Daimler AG, hält den Einsatz des Systems in der nächsten Generation der S-Klasse für realistisch. Allerdings komme es darauf an, dass parallel zu den Entwicklungsarbeiten bei Mercedes-Benz eine flächendeckende Infrastruktur aufgebaut werde, um die Potenziale dieses Antriebskonzeptes voll ausschöpfen zu können.
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