Lädt der Mercedes CLA EQ so schnell wie der neue Taycan?

Update: Inzwischen wurde der Mercedes CLA vorgestellt. Lesen Sie unseren Artikel dazu. 

Vorgestern, am 18. November ließ Mercedes eine Bombe platzen. Zumindest für uns Technik-Fans. Die Stuttgarter Marke veröffentlichte zahlreiche Fakten zur neuen Mercedes Modular Architecture (MMA), also der Plattform des elektrischen CLA. Auf der Plattform sollen neben dem CLA (als viertürige Limousine und als Shooting Brake) auch zwei SUVs basieren, vermutlich der GLA mit EQ-Technologie und der GLB mit EQ-Technologie.  

Zu den Highlights der Plattform gehört die maximale Ladeleistung von 320 kW. Dass die Batterie aus nur vier Modulen besteht, die wahlweise mit LFP- oder NMC-Zellen bestückt werden. Aber auch die simulierten Fahrstufen oder die neue Wärmepumpe. Hier unser Überblick über die Technik, mit Seitenblicken auf den Porsche Taycan, die PPE-Plattform von Audi/Porsche sowie E-GMP von Hyundai/Kia.

Antrieb | Batterie | Aufladen | Fazit (Unter dem Strich)

Motoren, Inverter und Getriebe

"Effizienz ist der Schlüssel von allem", schreibt Mercedes über seine längliche Pressemitteilung. Das wichtigste Ziel bei der Entwicklung war offenbar ein niedriger Verbrauch. Beginnen wir also bei den Antriebseinheiten, die Mercedes als Electric Drive Units der 2. Generation (EDU2) bezeichnet. Wie üblich bestehen sie aus drei Hauptkomponenten: Motor, Getriebe und Inverter.

Dabei werden wie beim Mercedes EQE und EQS ausschließlich Permanentmagnet-Synchronmaschinen (PSM) eingesetzt, was gut für die Effizienz ist, weil das Magnetfeld des Rotors nicht elektrisch erzeugt werden muss. Verwendet werden eine 80-kW-Maschine vorne und ein 200-kW-Motor hinten. Zum Vergleich: Bei den PPE-Modellen von Audi wird vorne stets eine 140-kW-Maschine, hinten immer ein 280-kW-Motor eingebaut, und zwar hinten eine PSM, vorne aber eine Asynchronmaschine (ASM).

Der MMA-Baukasten ist also schwächer als PPE, zumindest beim CLA, vielleicht gibt es auch andere Leistungsstufen. Der CLA tritt aber in der Kompakt- oder Mittelklasse an, also mindestens eine Klasse niedriger als Audi Q6 und A6 e-tron, die in die obere Mittelklasse gehören. 

Bei der Rekuperation bietet Mercedes die von anderen Modellen bekannte Einstell-Logik mit DAuto, D+, D und D-. Eingestellt werden die Modi aber nicht über Lenkradwippen, sondern über einen Wahlhebel hinter dem Lenkrad. Darüber werden auch die simulierten Fahrstufen gewechselt.

Im Modus D- sollen fast alle Alltags-Bremsungen abgedeckt sein, auch Bremsen bis zum Stillstand ist möglich – also echtes One-Pedal-Driving. Bemerkenswert ist auch, dass mit bis zu 200 kW rekuperiert werden kann, was sich wohl auf die Bremsrekuperation bezieht. Die Verzögerung beträgt "bis zu 3 m/s² pro Achse"; das dürfte der Maximalwert für die Hinterachse sein. 

Beide Motoren werden mit Siliciumcarbid-Invertern kombiniert. Das ist ebenfalls gut für die Effizienz, denn im Vergleich zu konventionellen Silicium-Chips werden damit die Schaltverluste minimiert. Die PPE-Modelle mit Allradantrieb haben dagegen nur an der Primärachse (hinten) SiC-Inverter.

Audi und Porsche argumentieren, dass die vordere Achse nur bei starkem Gaseinsatz zugeschaltet wird, und dann hat der Verbrauch keine Priorität. Allerdings verschenkt man damit Effizienz, und zwar nicht nur bei hoher Last (beim Beschleunigen, Bergauffahren oder im Anhängerbetrieb), sondern wohl auch beim starken Bremsen, weil die Inverter ja auch bei der Rekuperation eine Rolle spielen. 

Dass beim Allradler auch an der Sekundärachse (vorne) PSMs verwendet werden, ist zunächst mal ein Effizienzproblem, denn die Permanentmagnete erzeugen immer ein Magnetfeld, also auch wenn der Motor gar nicht gebraucht wird. Damit sie das Auto nicht bremsen, können sie bestromt werden wie bei der Macan-Vorderachse, was Energie kostet. Die Alternative sind Motoren, bei denen das Rotorfeld elektromagnetisch erzeugt wird und deshalb abgeschaltet werden kann, also zum Beispiel Asynchronmaschinen (ASM) wie beim Audi Q6 und A6 e-tron an der Vorderachse.

Oder man kuppelt die Sekundärachse mechanisch ab, wie bei Hyundai/Kia oder auch bei Mercedes EQE & Co. Beim Mercedes CLA wird diese Lösung verwirklicht, die Disconnect Unit (DCU) wird auch hier verwendet. Überraschend war für uns, dass auch dabei Energieverluste entstehen: "Dadurch reduzieren sich die Verluste der Vorderachse um 90 Prozent", schreibt Mercedes. Also nicht um 100 Prozent.

Gut für die Effizienz ist zudem, dass Mercedes an der Hinterachse ein Zweigang-Getriebe einsetzt. Dieses schon länger bekannte Faktum ermöglicht unterschiedliche Übersetzungen für verschiedene Geschwindigkeitsbereiche. Erstmals gab es das beim Porsche Taycan, bei Mercedes hat die elektrische G-Klasse sogar vier Zweiganggetriebe, allerdings vor allem, um eine Geländeuntersetzung darstellen zu können.

Interessant an dem Zweiganggetriebe ist, dass für den ersten Gang eine Klauenkupplung verwendet wird, für den zweiten eine Lamellenkupplung, vermutlich weil letztere sanfter geschlossen werden kann, was bei höherem Tempo wichtiger sein dürfte.

Die Antriebseinheit an der Hinterachse mit dem Zweiganggetriebe

Das obige Bild zeigt, dass der Heckmotor direkt auf der Abtriebsachse (koaxial) liegt, was Platz spart. Der Frontmotor dagegen scheint über der Räder-Achse zu liegen. Hier liegt der Inverter über dem Motor, an der Hinterachse dagegen davor, das heißt näher an der Front des Autos. Dem Bild unten ist auch zu entnehmen, wo die ziemlich kleine DCU liegt: in der Nähe des Getriebes. Generell scheint Mercedes die Dreiereinheit aus Motor, Getriebe und Inverter sehr kompakt gestaltet zu haben.

Motor, Inverter, Eingang-Getriebe und DCU an der Vorderachse

Interessant in Sachen Effizienz ist noch folgender Satz aus der Pressemeldung: "Die EDU 2.0 löst den Zielkonflikt zwischen maximalem Drehmoment, Höchstgeschwindigkeit und vorbildlicher Effizienz." Warum ist das ein Zielkonflikt, mag man sich fragen.

Dazu haben wir eine Vermutung. Hohes Drehmoment bedeutet bei Elektromotoren immer hohe Stromstärken und damit hohe Wärmeverluste. Deshalb ist es effizienter, sich die Leistung über eine hohe Drehzahl zu holen. Denn beim E-Motor ist es genau umgekehrt wie beim Verbrenner, hohe Drehzahlen sind beim Stromer effizienter. Und da hilft das Zweiganggetriebe, das eine Optimierung der Drehzahlen ermöglicht.

Batterie

Weiter mit der Batterie. Sie besteht wie gesagt aus nur vier Modulen. Das gilt für den kleineren Akku mit 58 kWh netto wie für die größere Variante mit 85 kWh. Äußerlich sind die beiden Akkus also gleich, auch die Module werden in beiden Fällen mit prismatischen Zellen bestückt, der Unterschied liegt in deren Chemie: Beim kleinen Akku wird erstmals bei Mercedes Lithiumeisen-Phosphat an der Kathode verwendet, bei der großen eine Nickel-Mangan-Cobalt-Chemie mit Silicium in der Anode. Wenn die Bilder nicht trügen, enthält jedes Modul 48 Zellen:

Jedes Modul enthält 48 prismatische Zellen in zwei Reihen

Vier Module à 48 Zellen ergibt 192 Zellen. Diese müssen sämtlich in Reihe geschaltet werden, um ein 800-Volt-System zu erzeugen, das heißt, die Batteriekonfiguration ist 192s1p. Da eine typische Lithium-Ionen-Zelle etwa 3,6 bis 3,7 Volt Spannung ergibt, resultieren daraus 692 bis 710 Volt, was man mit Fug und Recht als 800-Volt-System bezeichnen kann. Zum Vergleich: Die Premium Platform Electric (PPE) von Audi und Porsche bietet bei der großen Batterie 180 Zellen und damit bis zu 666 Volt.

Wie erwähnt, besteht die Anode nicht wie so oft aus reinem Graphit (also Kohlenstoff), sondern enthält bei der NMC-Batterie zusätzlich Silicium, wie es Mercedes schon für eine neue Batterie in der G-Klasse angekündigt hat. Laut Mercedes handelt es sich um Siliciumoxid. Der Molekülchemiker erwartet eher Siliciumdioxid SiO₂, aber hier geht es um Festkörperchemie, und da ist alles etwas anders.

Der Vorteil ist jedenfalls, dass Silicium für mehr Energiedichte sorgt, diese soll 20 Prozent größer sein als bei Vorgängerakkus mit Graphitanoden. Auf Zellebene liegt die volumetrische Energiedichte des NMC-Akkus bei 680 Wattstunden je Liter, gravimetrisch sind es auf Batterieebene 496 Kilo für 85 kWh, also 171 Wh/kg. 

Mercedes-Angaben zur Energiedichte

Die Zellen kommen nach dem Schlagwort local for local aus möglichst nahe gelegenen Werken. Dabei könnte es sich um das CATL-Werk bei Erfurt und/oder die neue Fabrik in Ungarn handeln. Die Module werden zugeliefert und im Mercedes-Werk Kamenz (nordöstlich von Dresden, später auch an anderen Orten) zur Batterie zusammengesetzt. Das Batteriegehäuse ist Teil der Crashstruktur. So wird der Akku auch bei einem Pfahlaufprall (Laterne oder Baum) und beim Aufsetzen geschützt.

Aufladen

Geladen wird wie erwähnt mit bis zu 320 kW, also mit der gleichen Maximal-Ladeleistung wie beim neuen Taycan. Bei PPE sind maximal 270 kW möglich, bei der neuen 84-kWh-Batterie im Kia EV6 und Hyundai Ioniq 5 sind es maximal 258 kW. Wichtiger ist natürlich die Ladedauer, aber dazu sagt Mercedes nur, dass 36 kWh in zehn Minuten geladen werden können, also 3,6 kWh/min. Das ist nicht ganz so viel wie beim Taycan, bei dem es bis zu 3,8 kWh/min sind, und zwar durchschnittlich im Bereich zwischen 10 und 80 Prozent. Mit anderen Worten: Die Ladekurve ist schlechter als beim Taycan.

Zum Reichweite-Nachladen heißt es, dass der Mercedes in zehn Minuten Strom für 300 km nachladen kann. Audi nennt für den A6 e-tron 310 km in zehn Minuten. Interessant zum Thema Aufladen ist noch, dass Mercedes optional einen 22-kW-Bordlader anbietet, und dass bidirektionales Laden (V2L, V2G, V2H) möglich sein soll.

In Sachen Thermomanagement interessant ist, dass Mercedes erstmals eine "luftseitige Wärmepumpe" einsetzt. Genauer gesagt: Es wird eine Multi-Source-Wärmepumpe eingebaut, die nicht nur die Wärme der EDU2 (Motor, Inverter und Getriebe) und die der Batterie (beim Fahren und beim Laden) nutzt, sondern auch die Wärme der Außenluft.

Das dürfte zum Beispiel beim Start nach einer mehreren kalten Winternächten nützlich sein, denn dann sind Motor und Akku wirklich kalt. Denn selbst kalter Winterluft kann man noch Wärme entnehmen. Das zeigen die Luft-Wärmepumpen für Häuser, die weniger Strom verbraucht, als wenn man direkt elektrisch heizen würde.

Ansonsten soll die Laderoutenplanung künftig auch die Windverhältnisse berücksichtigen sowie die Ladeleistung und sogar die Bezahlmöglichkeiten. Das dürfte heißen, dass man die Ladestationen entsprechend filtern kann. 

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Quelle: Mercedes-Benz

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Unter dem Strich

2025 wird es technisch hochinteressant. Bei Mercedes startet MMA, die erste 800-Volt-Plattform des Herstellers. Damit zieht die Sternmarke mit Audi/Porsche sowie Hyundai/Kia gleich. Das war auch höchste Zeit!

Zu den Besonderheiten gehört, dass Mercedes hat bei seiner Plattform extrem auf die Effizienz geachtet, was wohl auch höhere Kosten und Preise bedeuten dürfte. Noch nicht klar ist, wie die Fahrzeuge mit 400 Volt umgehen (Bankladen wie bei PPE, die Hyundai-Kia-Lösung oder ein eigener Abwärtswandler wie beim Taycan). Und natürlich die Antriebspalette. Interessant ist auch, dass Mercedes Fahrstufen simuliert. Ob das so gut wird wie beim Hyundai Ioniq 5 N? Wir sind gespannt, wirklich gespannt auf nächstes Jahr.