AMG, der Performance-Ableger von Mercedes-Benz, hat einen Hybridantrieb entwickelt: Die eigenständige E PERFORMANCE Antriebsstrategie von AMG basiere auf dem Leitgedanken, einen elektrifizierten Antriebsstrang zu entwickeln, der die markentypische Driving Performance und die Fahrdynamik noch weiter erhöht, gleichzeitig aber auch höchst effizient ist. Mit der Leistungssteigerung durch den zusätzlichen Elektromotor konnte das Entwicklerteam parallel auch den Wirkungsgrad des Gesamtfahrzeugs verbessern – und geringere Emissionen sowie einen niedrigeren Verbrauch erzielen.
Die neue Fahrzeugarchitektur ermögliche als zusätzliche Benefits natürlich auch das rein elektrische Fahren und die externe Lademöglichkeit an Wallbox, öffentlicher Ladestation oder Haushalts-Steckdose. Außerdem hilft die Elektrifizierung dabei, auch mit kleineren Verbrennungsmotoren das heutige hohe AMG Leistungsniveau in Zukunft zu erhalten oder noch zu übertreffen.
Das modulare AMG Konzept verknüpft als Performance-Hybrid einen AMG Acht- oder Vierzylindermotor mit einem permanent erregten Synchron-Elektromotor, einer in Affalterbach entwickelten High Performance Batterie sowie dem vollvariablen Allradantrieb AMG Performance 4MATIC+. Der Elektromotor (je nach Modellreihe bis zu 150 kW Leistung und 320 Nm Drehmoment) ist an der Hinterachse positioniert und dort mit einem elektrisch geschalteten Zweigang-Getriebe sowie dem elektronisch gesteuerten Hinterachs-Sperrdifferenzial in einer kompakten Electric Drive Unit (EDU) integriert. Die leichte Batterie ist ebenfalls im Heck über der Hinterachse platziert. Diese Auslegung ergibt zahlreiche Vorteile speziell für Sportwagen und Performance-Modelle:
- Der exklusiv von AMG entwickelte Elektromotor wirkt direkt auf die Hinterachse und kann damit seine Kraft unmittelbarer in Vortrieb umsetzen – für den Extra-Boost beim Anfahren, Beschleunigen oder Überholen. Die Kraft des Elektromotors setzt überdies bauarttypisch sofort mit vollem Drehmoment ein, sodass ein besonders agiles Anfahrverhalten möglich ist.
- Außerdem kann über das integrierte, elektronisch gesteuerte Hinterachs-Sperrdifferenzial jedem Hinterrad das optimale Drehmoment je nach Fahrsituation zugeteilt werden. Die Folge: Der Fahrer erlebt unmittelbar einen spürbaren Performance-Zugewinn, weil das Hybrid-Fahrzeug noch agiler aus Kurven heraus beschleunigt.
- Bei zunehmendem Schlupf an der Hinterachse wird die Antriebskraft des Elektromotors für mehr Traktion kurzfristig bedarfsgerecht auch auf die Vorderräder übertragen. Möglich macht dies die mechanische Verbindung des vollvariablen Allradantriebs durch die Kardanwelle und die Antriebswellen der Vorderräder.
- Die Positionierung an der Hinterachse verbessert die Gewichts- sowie die Achslastverteilung im Fahrzeug und bilde so die Basis für das überzeugende Handling.
- Das AMG Konzept bietet zudem bei der Rekuperation einen sehr hohen Wirkungsgrad, weil dieses System prinzipiell nur minimale mechanische und hydraulische Verluste von Motor und Getriebe erlaubt.
- Das modulare Konzept lasse sich über mehrere Baureihen ausrollen und gebe dadurch die Flexibilität, das AMG Portfolio in die elektrifizierte Zukunft zu führen.
- Weil der Elektromotor unabhängig vom AMG SPEEDSHIFT MCT 9G Getriebe agiert, verbessert sich auch die Effizienz des Antriebs. Gleichzeitig verschleift der Elektromotor die Gangwechsel des MCT Getriebes des Verbrennungsmotors was zu einem agileren Fahrerlebnis beiträgt und gleichzeitig den Fahrkomfort erhöht.
- Das automatisiert schaltende Zweiganggetriebe an der Hinterachse gewährleistet mit seiner speziell abgestimmten Übersetzung die Spreizung vom hohen Raddrehmoment zum agilen Anfahren bis zur sicheren Dauerleistung bei höheren Geschwindigkeiten. Ein elektrischer Aktuator legt den 2. Gang spätestens bei ca. 140 km/h ein, was der Maximaldrehzahl des Elektromotors von rund 13.500/min Umdrehungen entspricht.
Inspiriert von der Formel 1, entwickelt in Affalterbach: AMG High Performance Batterie
Bei der Festlegung der Elektrifizierungsstrategie war von Anfang an klar, dass alle wesentlichen Bauteile in Affalterbach entwickelt werden. Dazu gehört als Herzstück auch die AMG High Performance Batterie (HPB) für die kommenden Performance-Hybridmodelle. Die Entwicklung des Lithium-Ionen-Energiespeichers begann bereits im Jahr 2016 und wurde von Technologien inspiriert, die sich in den Formel 1 Hybrid-Rennwagen des Mercedes-AMG Petronas F1 Teams unter härtesten Bedingungen bewährt haben.
Im Zuge der Entwicklung fand ein reger Austausch des Expertenwissens von der Formel 1 Motorenschmiede High Performance Powertrains (HPP) in Brixworth und Mercedes-AMG in Affalterbach statt. Das Lastenheft war schnell definiert: Die AMG High Performance Batterie soll hohe, häufig hintereinander abrufbare Leistung mit geringem Gewicht verbinden, um die Gesamtperformance des Fahrzeugs zu erhöhen. Hinzu kommen die schnelle Energieaufnahme und die hohe Leistungsdichte. Das bedeutet: Bei einer zügigen Fahrt beispielsweise in hügeligem Gelände kann bergauf spontan das volle Leistungspotenzial abgerufen werden, während bei Talfahrten stark rekuperiert wird.
Jede Batterie benötigt für die optimale Leistungsabgabe eine definierte Temperatur. Wird der Energiespeicher zu kalt oder zu heiß, verliert er zeitweise spürbar an Kraft oder muss sogar heruntergeregelt werden, um bei zu hohen Wärmegraden nicht Schaden zu nehmen. Eine gleichmäßige Temperierung der Batterie hat daher entscheidenden Einfluss auf ihre Performance, Lebensdauer und Sicherheit. Herkömmliche Kühlsysteme, welche nur mit Luft oder das gesamte Batteriepaket indirekt mit Wasser kühlen, stoßen schnell an ihre Grenzen – zumal die Anforderungen durch immer energiedichtere Zellen weiter zunehmen. Wird das Wärmemanagement seiner Funktion nicht optimal gerecht, droht zudem eine vorzeitige Alterung der Batterie.
Der Innovationsschub: die Direkt-Kühlung der Batteriezellen
Grundlage für die hohe Performance der AMG 400-Volt-Batterie ist die innovative Direkt-Kühlung: Erstmals werden die 560 Zellen einzeln gekühlt; sie werden also permanent von einem Kühlmittel auf Basis einer elektrisch nichtleitenden Flüssigkeit umströmt. Für die Direkt-Kühlung mussten die AMG-Spezialisten neue, nur millimeter-dünne Kühlmodule entwickeln. Rund 14 Liter Kühlmittel zirkulieren mit Hilfe einer eigens entwickelten elektrischen Hochleistungspumpe von oben nach unten durch die gesamte Batterie an jeder Zelle vorbei und durchfließen dabei auch einen Öl/Wasser-Wärmetauscher, der direkt an der Batterie angebracht ist. Dieser leitet die Wärme in einen der beiden Niedertemperaturkreisläufe (NT) des Fahrzeugs ab und von dort weiter an den NT-Kühler an der Wagenfront, der die Wärme schließlich an die Umgebungsluft abgibt. Das System sei dabei so ausgelegt, dass eine gleichmäßige Wärmeverteilung in der Batterie gewährleistet ist.
Die Folge: Die Batterie befindet sich immer in einem gleichmäßigen, optimalen Arbeitstemperaturfenster von 45 Grad Celsius, ganz gleich, wie oft sie be- oder entladen wird. Herkömmliche Kühlsysteme schaffen das nicht, der Akku kann sein Leistungsvermögen nicht mehr vollumfänglich abrufen. Nicht so die AMG High Performance Batterie: Auch bei schnellen Runden im Hybridmodus auf der Rennstrecke, bei denen häufig beschleunigt (Batterie wird entladen) und verzögert wird (Batterie wird geladen), behalte der Energiespeicher sein hohes Leistungsvermögen.
Auf dem Prüfstand haben Prototypen der Batterie bereits unzählige Testkilometer problemlos absolviert, teilt Mercedes mit. In der Fahrzeugerprobung zeige sich eine dauerhaft hohe Leistungsfähigkeit und lange Lebensdauer. Erst die wirksame Direkt-Kühlung ermögliche es zudem, Zellen mit sehr hoher Leistungsdichte einzusetzen. Aufgrund dieser individuellen Lösung konnte das Batteriesystem besonders leicht und kompakt gestaltet werden. Zum geringen Gewicht trägt auch das materialsparende Stromschienenkonzept bei und die leichte, aber auch stabile Crashstruktur des Gehäuses aus Aluminium. Sie soll höchste Sicherheit garantieren.
Mercedes-AMG startet mit der intern HPB80 genannten Variante mit 6,1 kWh Kapazität, 70 kW Dauerleistung und 150 kW Spitzenleistung für zehn Sekunden. Sie wiegt 89 Kilogramm und erreicht daher eine Leistungsdichte von 1,7 kW/kg. Herkömmliche Batterien ohne Direkt-Kühlung der Zellen schaffen ungefähr die Hälfte dieses Wertes. Aufgrund der Skalierbarkeit der Batterie wäre es grundsätzlich auch denkbar, weitere Ausbaustufen folgen zu lassen. Hierzu sollen die Anforderungen je Segment genau überprüft werden.
Quelle: Mercedes – Pressemitteilungen vom 31.03.2021
