Mercedes-Benz S 400 BlueHYBRID met efficiënt hybride-systeem en lithium-ion-accu’s
In juni 2009 start Mercedes-Benz met de verkoop van de S 400 BlueHYBRID. Dankzij de combinatie van een aangepaste V6-benzinemotor en een compacte hybridemodule is de S 400 BlueHYBRID de zuinigste luxe personenauto met benzinemotor. Volgens de gecombineerde NEDC-norm bedraagt het verbruik slechts 7,9 liter per 100 kilometer. Ook op het gebied van CO2-uitstoot is de nieuwe auto koploper in zijn klasse met slechts 190 gram per kilometer. Uiteraard biedt de S 400 BlueHYBRID ook uitstekende prestaties. De 3,5 liter V6-benzinemotor levert een vermogen van 205 kW/279 pk, de elektromotor levert 15 kW/20 pk en een startkoppel van 160 Nm. Dat betekent een gecombineerd vermogen van 220 kW/299 pk en een gecombineerd maximum koppel van 385 Nm. Bovendien is de nieuwe S 400 BlueHYBRID als eerste in serie geproduceerde personenauto voorzien van een zeer efficiënte lithium-ion-accu, die speciaal is ontwikkeld voor toepassing in auto’s. Hiermee zet Mercedes-Benz opnieuw een belangrijke stap bij de ontwikkeling van elektrische auto’s, terwijl de S-Klasse wederom de rol van trendsetter op het gebied van nieuwe innovatieve technologie vervult.
In het kader van de 5 stappen naar duurzame mobiliteit zet Mercedes-Benz wederom een belangrijke stap in de richting van duurzame mobiliteit. Naast het optimaliseren van haar verbandingsmotoren, het verbeteren van de conventionele brandstoffen en de inspanningen op het gebied van biobrandstoffen, is hybridisering een belangrijke stap op weg naar de duurzame mobiliteit waarbij uiteindelijk gestreefd zal worden naar zero-emissie dat bereikt zou kunnen worden met bijvoorbeeld zuiver elektische aandrijving of de brandstofcel.
De nieuwe S 400 BlueHYBRID past in de strategie van Mercedes-Benz, die erop is gericht om de klanten auto’s te leveren met een laag brandstofverbruik en zorg voor het milieu, zonder daarbij concessies te doen aan de voor Mercedes-Benz typische kenmerken als veiligheid, comfort en rijplezier van hoog niveau.
De nieuwe Mercedes-Benz S 400 BlueHYBRID is gebaseerd op de S 350, maar de aandrijflijn is ingrijpend gewijzigd. Zo is de 3,5 liter V6-benzinemotor aangepast, zijn er een extra elektromotor en een omvormer ingebouwd, is de 7G-TRONIC zeventraps automatische transmissie speciaal geprogrammeerd voor de hybridemodule en zijn er ook aanpassingen doorgevoerd aan de elektronica zoals de besturings- en controle-unit, een omvormer en een hoog voltage lithium ion accu .
De compacte hybridemodule is een schijfvormige electromotor die ook fungeert als startmotor en generator. Het systeem biedt dubbel voordeel, want het helpt niet alleen het brandstofverbruik te verminderen, maar zorgt ook voor meer rijplezier. Dit komt onder andere door het “booster-effect” van de elektromotor, die met zijn extra maximum koppel van 160 Nm een krachtige ondersteuning vormt voor de benzinemotor tijdens het accelereren en daarmee brandstof bespaart, een situatie waar - bij een motor die alleen wordt aangedreven door een verbrandingsmotor - juist veel brandstof verbruikt wordt. De bestuurder merkt dit door een nog indrukwekkender koppel en een soepele acceleratie.
De hybridemodule heeft ook een comfortabele start-/stopfunctie, die de motor uitschakelt wanneer de auto stilstaat, en weer direct doet aanslaan wanneer dat wenselijk is, bijvoorbeeld bij een verkeerslicht. De start-/stopfunctie treedt in werking wanneer er wordt geremd en de snelheid daalt tot onder de 15 km/u. Zodra het rempedaal wordt losgelaten of als het gaspedaal wordt aangeraakt, zorgt de elektromotor ervoor dat de verbrandingsmotor vrijwel onmerkbaar en snel weer aanslaat. Zowel het uitzetten alsook het snelle aanslaan van de verbrandingsmotor zorgt voor minder verbruik en lagere emissies. Wanneer het systeem herkent dat er wordt ingeparkeerd, wordt de start-/stopfunctie niet geactiveerd.
Bij het remmen wordt er elektische energie opgewekt en opgeslagen
Wordt er geremd, dan werkt de elektromotor als een dynamo en kan de remenergie opslaan dankzij een proces dat “recuperatie” genoemd wordt. De gewonnen energie wordt opgeslagen in een compacte, maar zeer efficiënte lithium-ion-accu in de motorruimte, en kan weer worden benut wanneer deze nodig is. Bij het afremmen ondersteunt de elektromotor het “afremmen op de motor” in twee stappen. In de eerste fase, loslaten van het gaspedaal zonder dat het rempedaal wordt bediend, werkt de elektromotor als generator en geeft energie vrij. De tweede fase begint wanneer de bestuurder het rempedaal licht indrukt. Dan wordt de energietoevoer door de generator proportioneel vergroot en de bestuurder merkt dat er sterker wordt afgeremd. Alleen wanneer het rempedaal verder wordt ingedrukt, wordt additioneel aan het recuperatieproces het conventionele en speciaal hierop aangepaste remsysteem bediend. Hierdoor kan meer elektrische energie worden opgewekt, terwijl het hydraulische remsysteem minder wordt belast en dus minder snel slijt.
Dit complexe systeem wordt geregeld door middel van een controle-unit die zich eveneens in de motorruimte bevindt. Als door te hoge belasting de temperatuur van controle elektronics te hoog oploopt, wordt het systeem gekoeld met zijn eigen koelsysteem, dat ook wordt gebruikt om de 120/12V omvormer te koelen. Een kleine en conventionele 12 Volt accu is gemonteerd in de kofferruimte en wordt nog gebruikt voor de consumer electronics. Daarnaast voorziet deze accu het bewakingssysteem van het hoge spanningscircuit van energie. De nieuwe lithium-ion accu is speciaal ontwikkeld voor toepassing in auto’s en is de eerste van zijn soort die in serieproductie wordt vervaardigd. De belangrijkste voordelen ten opzichte van momenteel gebruikelijke nikkel-cadmium-accu’s zijn een hogere energiedichtheid en meer efficiëntie in combinatie met compactere afmetingen en een lager gewicht. Dankzij deze eigenschappen is de plaatsing in het motorcompartiment - waar normaal de conventionele startaccu is gepositioneerd - mogelijk en blijven de bagage- en de interieurruimte van de S 400 BlueHYBRID onaangetast. Door het lage gewicht van de lithium-ion accu (het meergewicht van de auto bedraagt slechts 75 kg) kan een optimaal rendement verkregen worden die specifiek is afgestemd op de inzet van dit voertuig. De lithium-ion-accu slaat niet alleen energie op voor de elektromotor, maar is via de omvormer ook aangesloten op het 12 Volt-boordnetwerk van de auto, waarmee ondermeer de koplampen en diverse andere systemen van stroom worden voorzien.
De bestuurder kan de status van het hybridesysteem zelf in de gaten houden. Op het dashboard is een centraal geplaatst display aangebracht waarop de energiestromen bij remmen en acceleratie en de spanning van de accu worden weergegeven.
Geoptimaliseerde thermische efficiency verlaagt brandstofverbruik
De 3,5 liter V6-benzinemotor met variabele kleptiming is nog verder verfijnd. De inlaatkleppen blijven iets langer open dan gebruikelijk, waardoor de thermische efficiëntie verbeterd wordt en het specifieke brandstofverbruik en de uitstoot afnemen. Dankzij een nieuwe cilinderkop, nieuwe zuigers en een gewijzigde nokkenas kon het vermogen met 5 kW/7 pk worden vergroot tot 205 kW/279 pk, waarbij tegelijkertijd het brandstofverbruik kon worden verminderd.
De 7G-TRONIC zeventrapsautomaat
De compacte schijfvormige elektromotor, die met het oog op ruimtebesparing is aangebracht in de behuizing van de koppelomvormer tussen de motor en de 7G-TRONIC zeventraps automatische transmissie, maakt de auto nog zuiniger. Dankzij het goede samenspel met de verbrandingsmotor draagt dit systeem bij tot een lager brandstofverbruik en betere prestaties van de S 400 BlueHYBRID. Bovendien neemt deze elektromotor de functies van de conventionele dynamo en startmotor over en dempt hij, dank zij zijn interactie met de verbrandingsmotor, de torsietrillingen in de aandrijflijn. Hierdoor zijn geluid en trillingen in het interieur minder merkbaar. Dat maakt het rijden voor de inzittenden comfortabeler.
De S 400 BlueHYBRID accelereert van 0-100 km/u in 7,2 seconden. De topsnelheid is elektronisch begrensd op 250 km/u. De S 400 BlueHYBRID verbruikt per 100 kilometer nog eens 2,2 liter minder dan het toch al zeer gunstige NEDC-verbruik van de S 350. De CO2-uitstoot ligt maar liefst 21 procent lager.
Zevenstaps veiligheidsplan in aanvulling op Mercedes-Benz-standaard
Zoals bij Mercedes-Benz gebruikelijk is er volop aandacht besteed aan veiligheid. Daarbij moest de auto niet alleen voldoen aan de wereldwijd geldende crashtests en de eigen normen die Daimler hiervoor hanteert, maar ook moest de grootst mogelijke veiligheid voor de elektrische componenten worden gegarandeerd.
Hiervoor werd een zevenstaps veiligheidsplan gerealiseerd:
1. De eerste stap bestaat uit verschillende kleuren voor alle elektrische bedrading om verwarring en fouten bij het productieproces te voorkomen. Daarnaast is waar nodig de bedrading gemarkeerd met veiligheidsinstructies.
2. De tweede stap bestaat uit verzwaarde afzekering van het hele systeem door hoogwaardige isolatie op grote schaal en nieuw ontwikkelde connectoren.
3. Als onderdeel van de derde stap werd een pakket van maatregelen doorgevoerd ter bescherming van de lithium-ion-accu, waaronder de accubehuizing van hoogwaardig staal die crashveilig in het voertuig is gepositioneerd. De afzonderlijke cellen van de accu zijn ingebed in een gel waardoor ze worden beschermd tegen schokken en stoten. Verder is de accu voorzien van een zogenaamde overdrukbeveiliging en een apart koelsysteem dat onafhankelijk van het motorkoelsysteem werkt. Een ingebouwde controleunit toetst continu de werking aan de veiligheidseisen en signaleert problemen direct.
4. De vierde stap bestond uit het scheiden van de accupolen, gescheiden beveiligde elektrische bedrading voor alle hoogspanningscomponenten die continu bewaakt worden met speciale interlock schakeling. Wanneer er een defect optreedt, wordt het hoge-spanningsysteem automatisch uitgeschakeld.
5. Bij de vijfde stap wordt het hoge-spanningsysteem razendsnel ontladen wanneer het contact van de auto wordt uitgeschakeld of wanneer er een defect optreedt.
6. Bij een ongeval wordt het hoge-spanningsysteem binnen fracties van een seconde geheel uitgeschakeld (stap zes).
7. In de zevende en laatste stap wordt het systeem door de electronische controleunit voortdurend gecontroleerd op kortsluitingen en schakelt bij een defect het hoogvolt gedeelte direct uit.
De S 400 BlueHYBRID wordt samen met de overige S-Klasse-modellen geproduceerd in de fabriek in Sindelfingen. De benzinemotor, de 7G-TRONIC automatische transmissie en de elektromotor worden eerst samengevoegd tot een hybridemodule en worden dan als geheel naar de productielijn gevoerd. De marktintroductie in Nederland staat gepland voor juni 2009. China volgt in augustus 2009 en de Verenigde Staten in september 2009.