Neben Wasserstoff wird die rein elektrische Variante des SUV auch Strom „tanken“. Bild: Daimler AG

Weltweit erstes Elektrofahrzeug mit Brennstoffzellen- und Batterieantrieb

Strom und Wasserstoff kombiniert

Mercedes-Benz präsentiert in Frankfurt mit Vorserienmodellen des neuen Mercedes-Benz “GLC F‑Cell” den nächsten Meilenstein auf dem Weg zum emissionsfreien Fahren. Unter der Technologiebezeichnung EQ Power elektrisiert das neueste für die Serie vorgesehene Elektromodell der Mercedes-Benz Familie gleich zweifach.

Aufmacherbild: Daimler AG
Denn es soll weltweit erstmalig die innovative Brennstoffzellen- und Batterietechnik zu einem Plug-in-Hybrid kombinieren: Neben Wasserstoff wird die rein elektrische Variante des beliebten SUV auch Strom „tanken“. Das Zusammenspiel zwischen Batterie und Brennstoffzelle sowie kurze Betankungszeiten sollen den “GLC F‑Cell” künftig zu einem alltagstauglichen elektrischen Begleiter für die Langstrecke machen. Mit 4,4 kg Wasserstoff an Bord produziert das Vorserienmodell genügend Energie für eine Reichweite von bis zu 437 km im “NEFZ”. Zusätzlich profitiert der Fahrer von einer Reichweite von bis zu 49 km im “NEFZ” aus der großen Lithium-Ionen-Batterie. Eine Leistung von 147 kW sorgt gleichzeitig für Dynamik und lokal emissionsfreien Fahrspaß. Mit der Vorstellung der Vorserienfahrzeuge des Mercedes-Benz “GLC F‑Cell” geht Daimler konsequent einen weiteren wichtigen Schritt im Rahmen der Unternehmensstrategie „CASE“.

Ola Källenius, Vorstandsmitglied der Daimler AG, verantwortlich für Konzernforschung & Mercedes-Benz Cars Entwicklung, betont: „Unsere langjährige Erfahrung bei der Brennstoffzellentechnologie zahlt sich beim neuen “GLC F-Cell” voll aus: Die hohe elektrische Reichweite, kurze Betankungszeiten und die Alltagstauglichkeit eines SUVs werden ihn zum perfekten Begleiter machen. Möglich wird das erst durch die kompakte Bauweise unseres Brennstoffzellensystems. Ebenfalls eine echte Weltpremiere ist die Kombination mit einer großen zusätzlichen Lithium-Ionen-Batterie, die sich bequem per Plug-in-Technologie aufladen lässt.

Die Brennstoffzellentechnologie ist fester Bestandteil der Daimler Antriebsstrategie. Unter der Produktmarke EQ bündelt das Unternehmen sein Know-how rund um die intelligente Elektromobilität und bietet ein umfassendes elektromobiles Ökosystem aus Produkten, Services, Technologien und Innovationen. EQ ist deshalb ein elementarer Bestandteil der Unternehmensstrategie für die Mobilität der Zukunft, die Daimler unter dem Begriff „CASE“ zusammenfasst. Die vier Buchstaben stehen für die strategischen Zukunftsfelder Vernetzung (Connected), autonomes Fahren (Autonomous), flexible Nutzung (Shared & Services) und elektrische Antriebe (Electric), die das Unternehmen konsequent weiterentwickelt und intelligent verbindet. Bis 2022 will Daimler zehn batterieelektrische Fahrzeuge auf den Markt bringen. Der GLC F-CELL markiert dabei einen wichtigen Schritt.

Einzigartig: Elektromobiles Doppelherz

Mit den zur IAA präsentierten Fahrzeugen kommt weltweit erstmalig in einem Elektromobil mit Brennstoffzelle eine Lithium-Ionen-Batterie als zusätzliche Energiequelle zum Einsatz, die extern, via Plug-in-Technologie, geladen werden kann. Im Zusammenspiel treiben die beiden Energiequellen den Elektromotor an und bieten lokal emissionsfreies Fahrvergnügen. Die hohe Reichweite, kurze Betankungszeiten, eine Leistung von 147 kW (200 PS) und die neue Generation an Assistenzsystemen mit antriebsspezifischen Features belegen mittels der präsentierten Modelle, dass der GLC F-CELL ein voll alltagstaugliches und familienfreundliches Elektrofahrzeug wird.

Für die Weltneuheit haben die Mercedes-Benz Ingenieure in enger Kooperation mit den Partnern des Daimler Kompetenznetzwerks ein komplett neues Brennstoffzellensystem entwickelt. Gegenüber der bereits seit 2010 in Kundenhand befindlichen B-Klasse F-CELL (Kraftstoffverbrauch: 0,97 kg H₂/100 km, CO₂-Emissionen kombiniert: 0 g/km) bietet das gesamte Antriebssystem rund 40 Prozent mehr Leistung. Das Brennstoffzellensystem ist rund 30 Prozent kompakter als bisher, kann erstmals vollständig im Motorraum untergebracht werden und wird wie ein konventioneller Motor an den bekannten Aufhängungspunkten montiert. Zudem wurde der Einsatz von Platin in der Brennstoffzelle um 90 Prozent reduziert. So werden Ressourcen geschont und Systemkosten verringert – ohne Abstriche in der Leistungsfähigkeit.

Die Lithium-Ionen-Batterie der präsentierten Vorserienfahrzeuge verfügt über eine Bruttokapazität von 13,8 kWh und dient zusätzlich als Energiequelle für den Elektromotor. Erstmals lässt sie sich auch extern per Plug-in-Technologie aufladen. Eine intelligente Betriebsstrategie in Kombination mit dem Brennstoffzellen- und Batteriesystem bietet ein hohes Maß an Effizienz und Komfort. Ebenso wie der Antriebsmotor ist der leistungsstarke Akkumulator platzsparend im Heck des SUV untergebracht. Über die 7,2 kW Onboard-Lader kann er an einer haushaltsüblichen Steckdose, einer Wallbox oder einer öffentlichen Ladestation bequem aufgeladen werden. Die Ladezeit beträgt bei Ausnutzung der gesamten Leistung ca. 1,5 Stunden.

Zwei karbonfaserummantelte Tanks, die im Fahrzeugboden verbaut sind, fassen circa 4,4 kg Wasserstoff. Dank der weltweit standardisierten 700-bar-Tanktechnologie ist der Wasserstoffvorrat innerhalb von nur drei Minuten aufgefüllt. Damit unterscheidet sich der Tankvorgang zeitlich nicht von dem eines Autos mit Verbrennungsmotor.

Als Antrieb haben die präsentierten “F-Cell” Fahrzeuge eine Asynchronmaschine mit einer Leistung von 147 kW (200 PS) und einem Drehmoment von 350 Nm. Weil der Elektroantrieb keine Kardanwelle benötigt, entsteht Raum für einen der beiden Wasserstofftanks; der zweite Tank ist unter der Rücksitzbank verbaut.

Betriebsstrategie mit Kombinationsvielfalt

Wie der Plug-in-Hybrid des GLC verfügt die Brennstoffzellenvariante über verschiedene Betriebsarten und Fahrprogramme. Zu den Fahrprogrammen des “GLC F-Cell” werden “Eco”, “Comfort” und “Sport” gehören. “Eco” bedeutet ein auf geringen Verbrauch optimiertes Fahrzeugverhalten. “Comfort” bietet
nicht nur eine komfortable Abstimmung, sondern sorgt auch für ideale Klimatisierung. Im Modus “Sport” wird der Hybrid-Antriebsstrang sportlich ausgelegt.

Während die Fahrprogramme das Verhalten des Autos und somit das Fahrerlebnis verändern, beeinflussen die Betriebsarten das Zusammenspiel zwischen Brennstoffzelle und Hochvoltbatterie. Die Kombination der Fahrprogramme mit den Betriebsarten wird erstmals in dieser Form in einem Brennstoffzellenfahrzeug gezeigt.

Vier Betriebsmodi Hybrid – F-Cell – Battery – Charge

Der Plug-in-Brennstoffzellenantrieb kombiniert die Vorzüge beider emissionsfreien Technologien und passt aufgrund seiner Betriebsstrategie die Nutzung beider Energiequellen stets optimal an die jeweilige Betriebssituation an.

Im Betriebsmodus “Hybrid” zieht das Fahrzeug Leistung aus beiden Energiequellen. Leistungsspitzen deckt dabei die Batterie ab, die Brennstoffzelle wird im optimalen Wirkungsgradbereich betrieben. Durch die intelligente Betriebsstrategie können die Eigenschaften beider Energiequellen ideal ausgenutzt werden.

Im Modus “F-Cell” wird der Ladezustand der Hochvoltbatterie durch die Energie der Brennstoffzelle konstant gehalten. Die Fahrt fast ausschließlich
mit Wasserstoff ist der ideale Modus, wenn die elektrische Reichweite für bestimmte Fahrsituationen aufgespart werden soll.

Im Modus “Battery” fährt der “GLC F-Cell” rein batterie-elektrisch, gespeist aus der Hochvoltbatterie. Das Brennstoffzellensystem ist nicht aktiv. Dies ist der ideale Modus für kurze Strecken.

Im Modus “Charge” hat das Laden der Hochvoltbatterie Priorität, beispielsweise um die Batterie vor einem Wasserstofftankvorgang für die maximale Gesamtreichweite nachzuladen. Der Modus schafft zudem Leistungsreserven für Bergfahrten oder sehr dynamisches Fahren.

In allen Betriebsmodi verfügt das System über eine Rekuperationsfunktion, die es ermöglicht, Energie beim Bremsen und beim Ausrollen zurückzugewinnen und im Akku zu speichern.

Mit Sicherheit unterwegs

Grundsätzlich legt Daimler bei allen seinen Fahrzeugen hohe Sicherheitsmaßstäbe an. Das gilt für Fahrzeuge mit konventionellem Verbrennungsmotor ebenso wie für solche mit alternativen Antrieben. Das bedeutet, dass die Fahrzeuge sämtliche gesetzlichen Standards und Normen erfüllen. Die internen Sicherheitsanforderungen für Mercedes-Benz Fahrzeuge gehen jedoch noch einen Schritt weiter. Insbesondere die Crashanforderungen sind nach der sogenannten Real Life Safety Sicherheitsphilosophie ausgerichtet. Für die Batterie und für alle Bauteile, die Wasserstoff enthalten, gelten besonders strenge, Sicherheitsvorgaben. Neben der Absicherung im Fahrzeugcrash werden an allen Mercedes-Benz Fahrzeugen zusätzliche Komponententests auf Systemebene durchgeführt, die weit über die üblichen Tests hinausgehen. Die Antriebskomponenten sowie die Wasserstofftanks der “F-Cell” Vorserienfahrzeuge sind platzsparend und geschützt im Motorraum sowie im Unterboden untergebracht.

Wie alle Fahrzeuge von Mercedes-Benz sind auch die Brennstoffzellen-fahrzeuge in punkto aktiver wie passiver Sicherheit ein Vorbild. Ob Aktiver Abstands-Assistent, Spurpaket mit Totwinkel-Assistent und Aktivem Spurhalte-Assistent, Einpark-Paket mit 360°-Kamera oder mit Verkehrszeichenerkennung – beim “GLC F-Cell” werden Sicherheit und Komfort serienmäßig an Bord sein.

Mit den Genen eines Mercedes

Beim Thema Ladekapazität und Insassenkomfort wird der elektrische SUV mit alltagstauglichen Eigenschaften glänzen. Lediglich eine minimale Stufe im Kofferraum wie im “GLC Plug-in-Hybrid” bekannt und die aufgrund der Positionierung der Wasserstofftanks leicht nach oben versetzte Rücksitzbank werden ihn unterscheiden. Auch der Klimakomfort wird beim “GLC F-Cell” uneingeschränkt auf dem Niveau konventioneller Fahrzeuge sein. Klimaautomatik mit Vorklimatisierung sowie beheizte Sitze und Spiegel zählen zum Standard. Bei kühleren Temperaturen wird das Fahrzeug energieeffizient die Abwärme der Brennstoffzelle nutzen und optimiert damit die Energiebilanz des Fahrzeugs.

Das Serienfahrzeug wird wie die Vorserienmodelle auch an der Vorderachse mit Schraubenfedern und an der Hinterachse mit einer Ein-Kammer-Luftfederung mit integrierter automatischer Niveauregulierung ausgestattet. So erfolgt auch bei Beladung keine Änderung der Ein- und Ausfederwege an der Hinterachse, was für ein ausgewogenes Schwingungsverhalten mit nahezu konstanter Aufbaueigenfrequenz auch bei Beladung sorgt.

Stil der EQ Power

Das Interieur überzeugt mit hoher Wertanmutung und fließenden Formen als neue Interpretation des modernen Luxus. Die Mittelkonsole wird geprägt durch ein fließend elegantes Zierteil, das in Klavierlackoptik oder vielseitigen modernen Holzoberflächen eine einzigartige Exklusivität verströmt.

Präzise gestaltete Details und die Auswahl von authentischen Materialien durch Verwendung von offenporigem Holz als Zierteil und einem hohen Anteil an Wolle und Leinen bei den Bezugsstoffen sorgen für ein angenehmes Ambiente und tragen zum hochwertigen Gesamteindruck des Interieurs bei.

Durch das Kombiinstrument als Volldisplay mit 12,3 Zoll Diagonale wird das Cockpit nochmals aufgewertet. Informationen des Comand Systems werden im Zentraldisplay mit 10,25 Zoll angezeigt. Dabei sind Menüs und Anzeigen auf den Displays auf die Funktionalität des kombinierten Brennstoffzellen-Batterie-Antriebs abgestimmt. Der neuartige Designstyle differenziert das Brennstoffzellenfahrzeug deutlich vom konventionellen GLC.

Neu im GLC F-CELL ist das Multifunktions-Touchpad mit Handschriften-erkennung, das in den präsentierten Vorserienfahrzeugen seine Weltpremiere feiert. Mit dem neu entwickelten Feature können Telematik-Funktionen über Ein- und Mehrfingergesten, dem sogenannten Multitouch, gesteuert werden. Das Touchpad bietet damit eine zusätzliche, vollwertige und innovative Eingabemöglichkeit. Darüber hinaus bietet das Touchpad auch die Möglichkeit, Buchstaben, Zahlen und Sonderzeichen mittels Handschrift einzugeben. Weitere Bedienmöglichkeiten bieten die Touch-Control Buttons links und rechts am Lenkrad sowie die Sprachbedienung.

Durchgetaktet

Daimler bereitet sich konsequent auf die Serienfertigung des Mercedes-Benz “GLC F-Cell” vor. Mit der aktuellen Testflotte gehen die Ingenieure zurzeit letzte wichtige Schritte auf dem Weg zum Produktionsanlauf. Marktspezifische Vertriebskonzepte, darunter auch
ein Mietmodell, werden derzeit evaluiert. Der voll alltagstaugliche und familienfreundliche SUV soll, wie der GLC mit konventionellem Antrieb, in Bremen gefertigt werden.

Bei der Entwicklung und Produktion des innovativen Brennstoffzellenantriebs greift Daimler auf sein weltweites Kompetenznetzwerk zurück. Das Herzstück der Technologie, der Brennstoffzellen-Stack, ist im Joint Venture mit Partner Ford, der Automotive Fuel Cell Cooperation (AFCC) im kanadischen Vancouver, entwickelt worden. Die Produktion läuft in direkter Nachbarschaft bei Mercedes-Benz Fuel Cell (MBFC). Das gesamtheitliche Brennstoffzellen-aggregat und das Wasserstoff-Speichersystem entwickelte die Daimler Tochter NuCellSys im baden-württembergischen Kirchheim/Nabern. Das Daimler Stammwerk Untertürkheim verantwortet eine Betriebsstätte für die Brennstoffzellen-Systemmontage ebenfalls am Standort Nabern.

Infrastruktur ist maßgebend

Voraussetzung für den Erfolg der Elektromobilität ist eine flächendeckende Infrastruktur. Sowohl der Ausbau von Stromladestationen als auch von Wasserstofftankstellen wird weltweit forciert. Ob zu Hause, bei der Arbeit, unterwegs oder beim Einkaufen: Die Möglichkeiten, Elektrofahrzeuge mit Strom zu versorgen, sind vielfältig. Auch in puncto H2 -Infrastruktur geht es stetig voran. Daimler hat für Deutschland gemeinsam mit seinen Partnern im Joint Venture H2 Mobility bereits einen konkreten Handlungsplan erstellt.
Bis Ende nächsten Jahres soll das H2-Tankstellennetz auf 100 Stationen anwachsen. Bis 2023 wird ein Netz von bis zu 400 Wasserstofftankstellen entstehen. Ähnliche Infrastrukturprojekte werden in Europa, den USA und Japan vorangetrieben.
Quelle: Mercedes Benz Österreich GmbH


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