Wie Daimler am Brennstoffzellen-Elektroauto arbeitet

Daimler AG

Die Brennstoffzelle für viele Autohersteller fester Bestandteil der alternativen Antriebsstrategie. Toyota mit dem Mirai und Hyundai mit dem ix35 FCEV haben bereits erste Serienmodelle in der Palette. Auch Mercedes-Benz hat bereits über mehrere Fahrzeuggenerationen Erfahrungen mit wasserstoffbetriebenen Elektroautos sammeln können und will demnächst auch in die Serie gehen. Der Gesamtkilometerstand von Daimlers Brennstoffzellenflotte, die zusammen mit einer Vielzahl an Forschungsfahrzeugen mittlerweile mehr als 300 Fahrzeuge zählt, hat mittlerweile knapp achtzehn Millionen Kilometer erreicht, wie der Hersteller mitteilt.

Die nächste Generation Brennstoffzellenfahrzeuge von Mercedes-Benz entsteht aktuell auf Basis des Kompakt-SUVs GLC. Das Vorserienfahrzeug GLC F‑CELL, das in wenigen Tagen auf der IAA in Frankfurt erstmals der Öffentlichkeit gezeigt werden soll, kombiniert die Brennstoffzellen- und Batterietechnik zu einem Plug-in-Hybrid. Daimler will damit ein weiteres Zeichen innerhalb seiner Innovationsstrategie CASE setzen. CASE steht für die Felder Vernetzung (Connected), autonomes Fahren (Autonomous), flexible Nutzung (Shared & Services) und elektrische Antriebe (Electric). Aktuell bereitet sich Mercedes-Benz auf eine Serienfertigung von Brennstoffzellenfahrzeugen vor.

Der Weg in die Serie: Simulation, Prüfstände, Straßenerprobung

Automobile entstehen zunächst am Computer. Auch die ersten Crashversuche, Aerodynamikuntersuchungen oder Fahrwerkserprobungen finden als elektronische Simulationen in der virtuellen Welt statt, lange bevor der erste Prototyp gebaut ist. Intensive Funktions- und Dauerbelastungstests einzelner Komponenten und später auch der kompletten Versuchsfahrzeuge auf einer Vielzahl von Prüfständen beschleunigen die Entwicklung.

Eine entscheidende Rolle beim GLC F‑CELL spielt das Brennstoffzellen-Kompetenzzentrum Nabern östlich von Stuttgart. Die Brennstoffzellen-Experten verbrauchten im Rahmen der Entwicklungstests seit 2015 etwa 200 Tonnen Wasserstoff. Als „Abgas“ wurde dabei ausschließlich Wasserdampf emittiert – insgesamt waren dies 1800 Tonnen.

Auch das frisch im November 2016 eröffnete Technologiezentrum Fahrzeugsicherheit (TFS) bietet als Crashtest-Anlage neue Möglichkeiten, etwa bei der Erprobung von Fahrzeugen mit alternativen Antrieben, Fahrzeug-Fahrzeug-Tests oder bei der Auslegung von Assistenzsystemen. In den Windkanälen im Mercedes-Benz Technology Center Sindelfingen bekam der GLC F‑CELL seinen aerodynamischen Feinschliff: Hier lassen sich selbst extremste Wetterereignisse nach drinnen verlegen. Temperaturen von minus 40 bis plus 60 Grad Celsius, Orkane mit Windgeschwindigkeiten bis 265 km/h, tropische Regengüsse und heftige Schneestürme gehören zum Standardprogramm der Versuchsingenieure.

Nachdem die ersten Prototypen fahrbereit waren, begann die Sommer- und Winterfahr-Erprobung des GLC F‑CELL. Gefahren wurde beispielsweise auf Testgeländen in Spanien (IDIADA in der Nähe von Barcelona), Schweden (Arjeplog) und Deutschland (Boxberg). Die Straßenerprobung führte die Testteams auch in die Sierra Nevada (Spanien) und in die heimischen Mittelgebirge Schwäbische Alb und Schwarzwald. Zum Versuchsprogramm gehören mehr als 500 Einzeltests, neben Standardprogrammen für alle Fahrzeuge auch spezielle für den elektrischen Antrieb, die Brennstoffzelle und das Zusammenspiel aller Antriebskomponenten.

Die Sicherheitsexperten von Mercedes-Benz können auf der knapp 30-jährigen Erfahrung des Unternehmens mit Brennstoffzellenfahrzeugen aufbauen. Das besondere Augenmerk der Ingenieure bei der Entwicklung der Brennstoffzellen-Variante des 2015 auf dem Markt eingeführten GLC gilt der Integration sicherheitsrelevanter Bauteile wie der Wasserstoff-Gastanks, der Gasdichtungen und -Ventile und der Hochvolt-Komponenten.

Die Wasserstofftanks sind im aufprallgeschützten Bereich zwischen den Fahrzeugachsen eingebaut und erhalten zusätzlichen Schutz durch einen um die Tanks gelegten Hilfsrahmen. Für den Fall eines Crashs wurden weitere umfangreiche Maßnahmen umgesetzt, wie zum Beispiel ein mehrstufiges Ventilsystem sowie spezielle elektrische Schutzschaltungen zur Absicherung des Hochvolt-Netzes.

Die mit dem GLC F‑CELL Vorserienmodell und früheren Wasserstofffahrzeugen durchgeführten Crashtests zeigen, dass ein vergleichbares Sicherheitsniveau wie bei konventionellen Fahrzeugen erreicht wird. Damit erfüllt die neueste F‑CELL Generation nicht nur alle gesetzlichen Anforderungen, sondern auch die darüber hinausgehenden Mercedes-Benz internen Standards.

Die Basis: 18 Millionen Testkilometer mit Brennstoffzellen-Antrieb

Begonnen hat die Entwicklung des Brennstoffzellenantriebs in den 1980er Jahren. Daimler-Forscher befassten sich damals erstmals mit der kalten Verbrennung – der Erzeugung von Strom durch die Reaktion von Wasserstoff mit Sauerstoff in einer Brennstoffzelle. Mercedes-Benz stellte bereits 1994 das erste Brennstoffzellenfahrzeug der Weltöffentlichkeit vor – den NECAR 1. Viele weitere Fahrzeuge folgten, bis hin zur A‑Klasse F‑CELL Testflotte (2003). Der Stadtbus Citaro FuelCELL Hybrid hat seit 2003 mehr als fünf Millionen Kilometer im Linienverkehr zurückgelegt.

Für besondere Aufmerksamkeit sorgte 2011 der F‑CELL World Drive, die erste Weltumrundung mit Brennstoffzellenautos. Drei B‑Klasse F‑CELL legten dabei in 125 Tagen in 14 Ländern rund 30.000 Kilometer zurück.

Den Technologiesprung hin zum F‑CELL Plug-in-Hybrid-Antriebssystem deutete 2015 bereits die Studie F 015 Luxury in Motion an, die bereits über ein solches System verfügte, ausgelegt auf 1100 Kilometer emissionsfreie Fahrt.

Quelle: Daimler AG – Pressemitteilung vom 05.09.2017

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