Das Fahrzeug als Stromerzeuger.

Das Technologieprogramm VISION EQXX hat bereits einen konkreten Ausblick auf Effizienz im künftigen elektrisch-digitalen Zeitalter gegeben. Die Reise in Richtung Zukunft geht jedoch weiter. Mercedes-Benz forscht kontinuierlich an neuartigen Technologien, um die Mobilität von morgen zu gestalten. Das Unternehmen gibt exklusive Einblicke in aktuelle Forschungsaktivitäten, die auf den automobilen Fortschritt weit nach der jetzigen Ära der Transformation zielen: Innovationen für ein völlig neues Zeitalter der Mobilität. Dazu gehören die Entwicklung von bahnbrechenden Technologien für mehr Lebensqualität und Verkehrssicherheit, für mehr Klimaschutz und Ressourcenschonung sowie für mehr digitale Erlebnisse, die hyperpersonalisiert weit über das Fahrzeug hinausgehen.

Sie sind mit 5 Mikrometer deutlich dünner als ein menschliches Haar, wiegen nur 50 Gramm pro Quadratmeter und stecken voller Energie. Mercedes-Benz forscht an neuartigen Solarmodulen, die – ähnlich einer hauchdünnen Paste – nahtlos auf der Karosserie von Elektrofahrzeugen angebracht werden könnten. Die photovoltaik-aktive Fläche lässt sich auf jeden Untergrund auftragen. Die Solarzellen haben einen Wirkungsgrad von 20 Prozent und sind damit hocheffizient. Eine Fläche von 11 Quadratmetern (das entspricht der Oberfläche eines Mid-Size-SUV) könnte unter Idealbedingungen Energie für bis zu 12.000 Kilometer im Jahr produzieren¹. Die durch die Sonnenzellen erzeugte Energie wird zum Fahren verwendet oder direkt in die Hochvoltbatterie eingespeist. Das Photovoltaiksystem ist daueraktiv und erzeugt auch Energie, wenn das Fahrzeug ausgeschaltet ist. Damit könnte es in Zukunft eine sehr effektive Lösung für höhere Reichweiten und weniger Ladestopps bieten.

Der Ertrag hängt von Beschattung, Sonnenintensität und geografischer Lage ab. Dazu zwei Beispiele: Statistisch legen Mercedes-Benz Fahrerinnen und Fahrer in Stuttgart im Durchschnitt 52 Kilometer am Tag zurück. Rund 62 Prozent dieser Fahrleistung würden durch Sonnenenergie abgedeckt. In Los Angeles ergibt sich sogar ein Überschuss an Energie durch die Sonneneinstrahlung. Der Kunde könnte im Mittel 100 Prozent seiner Fahrstrecke durch die Solarenergie abdecken. Der erzielte Überschuss könnte über bidirektionales Laden direkt ins Hausnetz eingespeist werden.

Der Solarlack hat nicht nur ein hohes Effizienzpotenzial. Er ist frei von Seltenen Erden, enthält kein Silizium und nur ungiftige sowie leicht verfügbare Rohstoffe. Er könnte problemlos recycelt werden und ist in der Herstellung erheblich günstiger als konventionelle Solarmodule. Derzeit arbeitet der Forschungsbereich von Mercedes-Benz intensiv daran, den Einsatz des neuartigen Solarlacks auf allen Außenflächen des Fahrzeugs zu ermöglichen – unabhängig von deren Form und Neigungswinkel.

Da Elektrofahrzeuge vorrangig durch Rekuperation bremsen, beschreitet Mercedes-Benz bei der Entwicklung mechanischer Bremsen völlig neue Wege. Die innovative, nachhaltigere Bremse, an der aktuell geforscht wird, sitzt nicht mehr klassisch im Rad. Sie ist in die geschlossene Elektromotor-Getriebe-Einheit an der Hinter- oder Vorderachse integriert. Sie nimmt nur wenig Bauraum ein. Nach den derzeitigen Forschungsergebnissen verschleißt sie kaum, rostet nicht und ist nahezu wartungsfrei. Das würde sie sehr langlebig und zuverlässig machen. Außerdem würden keine Feinstaubemissionen durch Bremsabrieb nach außen gelangen. Bremsgeräusche und Bremsenreinigung könnten damit künftig der Vergangenheit angehören. Die Bremswirkung ist gut zu dosieren und lässt auch unter hoher Belastung nicht nach.

Diese innovative Konstruktion ermöglicht zudem eine deutlich leichtere Rad-Reifen-Kombination und somit weniger ungefederte Massen. Das würde den Fahrkomfort erhöhen. Auch komplett geschlossene Felgen für eine verbesserte Aerodynamik sind möglich, da keine Öffnungen zur Bremsenkühlung mehr nötig wären.

Einen Paradigmenwechsel strebt Mercedes-Benz auch beim Einsatz einer neuen Generation von Leistungselektronik-Technologien in Elektrofahrzeugen an. Ein programmierbarer Mikrowandler könnte zukünftig über die Grenzen derzeit üblicher elektrischer Wechselrichtersysteme hinausgehen und die bestehende Hochvolt-Architektur revolutionieren. Basis hierfür ist eine Integration dieser Mikrowandler direkt auf der Batteriezellebene, die die Regelung jeder einzelnen Batteriezelle und die Kommunikation der Zellen untereinander ermöglichen könnten.

Um dies zu realisieren, wird ein aus mehreren Mikrowandlern bestehender Power Converter direkt an eine beliebige Anzahl von Batteriezellen angeschlossen. Dieser Power Converter ermöglicht es, Zellen individuell zu regeln und die Höhe der Ausgangsspannung dieser Einheit zu regeln. Die derzeitigen Forschungsergebnisse zeigen, dass damit – unabhängig vom Ladezustand (SoC = State of Charge) und dem Alterungszustand (SoH = State of Health) der einzelnen Zellen – eine konstante HV-Spannung von 800 Volt am Ausgang bereitgestellt werden kann. Die Ausgangsspannung dieser Fahrzeugbatterie ist nicht mehr von der Anzahl der in Reihe geschalteten Batteriezellen abhängig. Die Anzahl wird lediglich durch die gewünschte Leistungs- und Kapazitätsklasse vorgegeben. Zusätzlich könnte dieser technologische Ansatz die Reichweite steigern und den Energiefluss auch für bidirektionale Ladevorgänge optimieren. Zudem ergeben sich neue Freiheiten bei der Modularisierung von Elektro-Antrieben.

Die programmierbaren Mikrowandler könnten die Varianten elektrischer Bauteile in der Produktion reduzieren, für aktuelle Updates leicht umprogrammiert werden und sich so als ressourcenschonende Einheitsbauteile anbieten. Sie könnten in vielen zukünftigen Elektromodellen von Mercedes-Benz zum Einsatz kommen.

Die neuartige Technologie hat das Potenzial, mehrere Funktionen der Leistungselektronik in die HV-Batterie zu integrieren. Dadurch könnten verschiedene Leistungskomponenten durch die HV-Batterie selbst realisiert werden und ein neues Level der Hochintegration bei Elektrofahrzeugen erreicht werden.

Durch eine erheblich verbesserte Raumökonomie und geringere Variantenabbildung würde dies eine völlig neue Freiheit bei der Konzeption und Gestaltung von elektrischen Fahrzeugen bedeuten.

¹ Normiert auf den Lichteinfall in Stuttgart.