Antrieb

Mit dem GLC F-CELL wird die Baureihe 253 um eine innovative Antriebsart erweitert. Ein komplett neues Brennstoffzellen-System wird mit einer Lithium-Ionen Hochvoltbatterie im Heckbereich kombiniert. Die Hochvoltbatterie lässt sich entweder über das fahrzeugseitige Wechselstromladegerät für Hochvoltbatterie aus dem externen elektrischen Energienetz nachladen oder erhält die elektrische Energie über die kalte Verbrennung in der Brennstoffzelle. Der Hinterradantrieb des GLC F-CELL Typ 253 erfolgt ausschließlich über die elektrische Maschine.

Gegenüber der bereits seit 2010 in Kundenhand befindlichen B-Klasse F-CELL bietet das gesamte Antriebssystem rund 40 Prozent mehr Leistung. Das Brennstoffzellen-System ist rund 30 Prozent kompakter als bisher und findet daher erstmals vollständig im Motorraum Platz. Es wird wie ein konventioneller Motor an den bekannten Aufhängungspunkten verbaut. Nicht zuletzt wurde der Einsatz von Platin in der Brennstoffzelle um 90 Prozent reduziert.

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Brennstoffzellen-System

In der Brennstoffzelle wird aus dem Wasserstoff und dem Sauerstoff der Umgebungsluft durch eine chemische Reaktion (kalte Verbrennung) eine elektrische Gleichspannung erzeugt. Die erzeugte Gleichspannung versorgt den Antriebsstrang und die internen Bauteile des Brennstoffzellen-Systems (z. B. den Abluftturbolader). Die Lithium-Ionen Hochvoltbatterie stellt in der Startphase und im Notlauf allein die elektrische Energie für den Antrieb bereit. Im Fahrbetrieb liefert sie bei Beschleunigungsvorgängen zusätzliche Energie und gleicht die träge Reaktion der Brennstoffzelle bei erhöhtem Energiebedarf aus. Da der GLC F-CELL Typ 253 über keinen Generator verfügt, stützt das Hochvoltnetz auch das 12-V-Bordnetz und lädt bei Bedarf die 12-V-Batterie. Damit wird die Versorgung der 12 V­Verbraucher sichergestellt.

Das Brennstoffzellen-System hat eine Kaltstartfähigkeit bis -25° C und erzeugt eine maximale Dauerleistung von 63 kW. Die erzeugte Gleichspannung liegt im normalen Fahrbetrieb zwischen 250 V und 430 V.

Das Brennstoffzellen-System ist kompakt aufgebaut und besteht aus folgenden Komponenten:

 Brennstoffzellen-Modul (Stackmodul)

 Luftmodul

 Befeuchtermodul

 Ionentauscher

 DC/DC Wandler Brennstoffzelle

 Steuergerät Brennstoffzelle

Die Steuerung und Überwachung aller Vorgänge im Brennstoffzellen-System erfolgen durch das Steuergerät Brennstoffzellenmanagementsystem (N116/5) und das Steuergerät Brennstoffzelle (N116/2). Das Steuergerät DC/DC-Wandler Brennstoffzelle (N129/8) transferiert die im Brennstoffzellen-Stack erzeugte Hochvolt-Gleichspannung an das (Hochvolt-) Spannungsniveau der Batterie.

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Brennstoffzellen-Stack

Im Brennstoffzellen-Stack werden die befeuchtete, verdichtete Umgebungsluft der Kathodenseite und der Wasserstoff der Anodenseite zugeführt und elektrischer Strom erzeugt.

Dabei entsteht unter Freisetzung von Wärme Wasser als Reaktionsprodukt. Die Abwärme wird über den Kühlflüssigkeitskreislauf in den Fahrzeugkühler abgeführt. Um das Aufwärmen der Komponenten im Brennstoffzellen-System zu unterstützen, wird beim Kaltstart die Abwärme aus dem Brennstoffzellen-Stack genutzt.

Die Medienverteilerplatte (2) ist die Schnittstelle an dem Brennstoffzellen-Stack für Luft- und Wasserstoff sowie dem Hochtemperatur-Kühlmittel. In der Medienverteilerplatte ist die Strahlpumpe (4) der Wasserstoffversorgung integriert.

Das Gehäuse des Brennstoffzellen-Stacks gewährleistet den elektromagnetischen und mechanischen Schutz der Brennstoffzelle sowie Schutz gegen Berührung und Eindringen von Wasser und Schmutz. Außerdem gewährleistet das Gehäuse die kontrollierte Umspülung der Brennstoffzelle mit Luft zur Belüftung des Gehäuses.

Luftmodul mit Abluftturbolader

Zur Versorgung des Brennstoffzellen-Stacks mit Sauerstoff wird Umgebungsluft über einen Luftfilter und Schalldämpfer von dem elektrisch angetriebenen Abluftturbolader angesaugt. Im Abluftturbolader wird die Umgebungsluft verdichtet und über die Luftaufbereitungseinheit dem Brennstoffzellen-Stack zugeführt.

Der Abluftturbolader erfüllt im Brennstoffzellen-System folgende Aufgaben:

 Versorgung des Brennstoffzellen-Stacks mit Sauerstoff aus der Umgebungsluft.

 Reduktion der vom Kompressor benötigten HV-Energie.

 Senden der Motordrehzahl des Kompressors und der HV-Stromversorgung des Abluftturboladers über CAN zur Unterstützung des Überspannungsschutzes und des Energiemanagements des Systems.

Befeuchtermodul

Um eine optimale Befeuchtung des Brennstoffzellen-Stacks bzw. der Membran zu erreichen, ist vor und nach dem Brennstoffzellen-Stack ein Befeuchtermodul verbaut. Es leitet Wasserdampf von der Abluftseite auf die Frischluftseite. Je nach Betriebszustand der Brennstoffzelle variieren die Menge, der Druck, die Temperatur und die Feuchtigkeit der Luftzufuhr. Der Grad der Befeuchtung kann durch das Stellglied Bypassklappe Befeuchtermodul auf der Frischluftseite gesteuert werden.

Ionentauscher

Da die Brennstoffzelle auf ein Kühlmittel mit minimaler Leitfähigkeit angewiesen ist, werden die Ionen aus der Flüssigkeit gefiltert. Diese Aufgabe übernimmt der Ionentauscher. Der Ionentauscher ist direkt über dem Brennstoffzellen-Stack angeordnet, und zwar so, dass er von einer maximalen Menge des zurückströmenden Kühlmittels umspült wird.

 Die Patrone des Ionentauschers unterliegt den Intervallen der fahrzeugspezifischen Wartungszusatzarbeiten.

Getriebe

Das Getriebe besteht aus einem 1-Stufen-Planetengetriebe mit einer festen Übersetzung zu den Antriebsrädern, integriertem Kegelraddifferenzial und Parksperre. Das Getriebe ist in Fahrtrichtung links an der elektrischen Maschine angebaut. Aufgrund der Charakteristik der elektrischen Maschine wird keine Kupplung benötigt.

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DIRECT SELECT

Der DIRECT SELECT-Wählhebel erfasst folgende Hebelstellungen:

 "R", Rückwärtsgang

 "N", Neutral- und Startstellung (keine Kraftübertragung, Fahrzeug ist frei beweglich)

 "D", 1 Vorwärtsgang steht zur Verfügung.

Der Wählhebel hat verschiedene Stellungen und Kraftniveaus:

 Ruhestellung

 Schalten nach "N", mit Überschreiten eines Kraftniveaus.

 Schalten nach "D" oder "R", mit Überschreiten eines noch höheren Kraftniveaus.

Die Anforderung der Parksperre ist ab einer Fahrzeuggeschwindigkeit < 7 km/h möglich.

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