Elektrische Anlage

Übersicht Bordnetze

Die Spannungsversorgung im GLC F-CELL Typ 253 erfolgt über zwei getrennte Bordnetze, dem Hochvolt-Bordnetz mit Hochvoltbatterie und dem 12-V-Bordnetz mit 12-V-Batterie.

Hochvolt-Bordnetz mit Hochvoltbatterie

Erstmals kommt in einem Elektrofahrzeug mit Brennstoffzelle als Lieferant der elektrischen Energie auch eine Lithium-Ionen-Batterie zum eigenständigen Fahrbetrieb zum Einsatz. Die leistungsstarke Lithium-Ionen Hochvoltbatterie verfügt über einen nutzbaren Energieinhalt von 9,3 kWh und ist im Heck des GLC F-CELL Typ 253 angeordnet.

Die Hochvoltbatterie ermöglicht eine rein batterieelektrische Fahrt von bis zu 50 km im NEFZ. Die externe Aufladung erfolgt über eine 230-V-Steckdose, einer Wallbox oder einer öffentlichen Ladestation über das fahrzeugeigene Wechselstromladegerät für Hochvoltbatterie.

Die interne Aufladung erfolgt über die im Brennstoffzellen-Stack gewonnene elektrische Energie. Sie wird über die Power Distribution Unit an den DC/DC-Wandler weitergeleitet, der das Spannungsniveau auf das der Batteriespannung anpasst, damit das Laden der Hochvoltbatterie ermöglicht wird. Im Schubbetrieb und beim Bremsen erfolgt die Aufladung durch Rekuperation. Der Elektromotor arbeitet dann als Generator.

12-V-Bordnetz mit 12-V-Batterie

Das 12-V-Bordnetz wird mithilfe des DC/DC-Wandlers von dem Hochvolt-Bordnetz mit Energie versorgt. Dabei erzeugt der DC/DC-Wandler 12-V-Gleichspannung aus der HV-Gleichspannung des Hochvolt-Bordnetzes und lädt die 12-V-Bordnetzbatterie auf.

Bordnetzstützung

Alle im GLC F-CELL Typ 253 eingesetzten Steuergeräte werden über die 12-V-Bordnetzbatterie versorgt. Die Bordnetzstützung stellt sicher, dass sie jederzeit geladen ist. Unterschreitet der Ladezustand der Batterie oder die Außentemperatur während des Fahrbetriebs einen Schwellenwert wird sie über den DC/DC-Wandler aufgeladen. Dabei werden Komfortfunktionen im Bordnetz für die Dauer der Ladezeit abgeschaltet.

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Hochvoltbatterie

Die Hochvoltbatterie ist unter dem Fahrgastraum angebracht und besteht aus 2 in Reihe geschalteten Modulen mit 100 Lithium-Ionen-Zellen der neuesten Generation.

Im vollgeladenen Zustand liefert die Hochvoltbatterie eine Ausgangsspannung von nominal 365 V. Im Hochvoltbatterie-Modul integrierte Schütze können im Bedarfsfall den Hochvolt-Ausgang der Hochvoltbatterie vom Hochvolt-Bordnetz trennen. Über den DC/DC-Wandler versorgt die Hochvoltbatterie auch das 12-V-Bordnetz mit Energie.

Die zulässige Betriebstemperatur der Hochvoltbatterie beträgt -25 °C bis +60 °C. Die Temperatur der Hochvoltbatterie wird über Temperatursensoren vom Steuergerät Batteriemanagement erfasst.

Hohe Temperaturen reduzieren die Lebensdauer der Hochvoltbatterie. Die Hochvoltbatterie wird deshalb bei normalen Betriebsbedingungen über einen Kühlmittelkreislauf gekühlt. Bei hohen Temperaturen wird das Kühlmittel über einen Wärmetauscher Kältemittel-Kühlmittel (Chiller) von der Klimaanlage gekühlt. So wird eine optimale Leistung der Batterie garantiert.

 S. Kapitel "Kühlung"

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Hinweise zur Hochvoltbatterie

Bei vorschriftsmäßigem Gebrauch der Hochvoltbatterie sind keine Gefahren zu erwarten.

Hinweise zum sicheren Umgang

Um die Gefahr eines Kurzschlusses auszuschließen, sind mechanische Beschädigungen z.B. durch Druck zu vermeiden. Bei thermischen Belastungen (Hitzeeinwirkung, Schweißarbeiten) besteht eine Gefahr. Bei Lackierarbeiten bzw. einer Ofentrocknung beachten Sie bitte die Service-Information SI98.00-P-0020A. Darüber hinaus besteht durch Bildung giftiger und ätzender Gase die Gefahr, sich zu verletzen. Gemäß den Hinweisen in der Reparaturanleitung sind ggf. neben Sicherheitsschuhen auch persönliche Schutzausrüstungen zu verwenden. Nach einem Unfall bitte folgende Service-Information beachten: SI54.10-P-0035A

Hinweise zur Lebensdauer der Hochvoltbatterie

Wird das Fahrzeug längere Zeit abgestellt, ist auf einen ausreichenden SOC der Hochvoltbatterie zu achten, da sie sonst durch Tiefentladung vorbeschädigt oder beschädigt werden kann. Bei Stilllegung von mehr als 6 Wochen erleidet die Batterie Standschäden.

Temperaturen von unter -25 °C und über 40 °C, die länger als 7 Tage auf das Fahrzeug einwirken, können irreversible Batterieschäden zur Folge haben. Das Fahrzeug darf nicht länger als 14 Tage mit entladener Batterie stehen, da es sonst zu Batterieschäden kommen kann.

 Hochvoltbatterien, die beim betrieblichen Umgang oder durch Unfall beschädigt wurden, müssen durch eine Elektrofachkraft für HV-Systeme in Kraftfahrzeugen, Arbeitsgebiet Serienfahrzeug, untersucht und geprüft werden. Beschädigte Hochvoltbatterien dürfen nicht in ein Fahrzeug eingebaut werden.

 Beachten Sie bitte die allgemeinen Hinweise zur Hochvoltbatterie: AH54.10-P-0006-01MEV

Stromversorgungseinrichtung

Alle am Ladevorgang beteiligten Komponenten (Wechselstromladegerät für Hochvoltbatterie, Ladesteckdose, Ladekabel) des GLC F-CELL Typ 253 sind zukunftssicher nach internationalen Normen (z.B. IEC62196­2) standardisiert. Das ermöglicht ein einfaches Laden an den verschiedensten Stromnetzen und Stromversorgungseinrichtungen.

Der GLC F-CELL Typ 253 kann sowohl an einer Netzsteckdose als auch an einer öffentlichen Ladestation oder Wallbox geladen werden. Beim Laden an einer Netzsteckdose muss der Ladestrom ggf. begrenzt werden, um das lokale Stromnetz nicht zu überlasten. Der maximal zulässige Ladestrom kann deshalb über die Kontrollbox im Ladekabel eingestellt werden.

Sobald das Ladekabel angeschlossen ist, kommuniziert das fahrzeugeigene Wechselstromladegerät für Hochvoltbatterie über eine diskrete Steuerleitung (Control Pilot) mit der Kontrollbox im Ladekabel bzw. der Ladestation. Dabei werden die Leistungsdaten der Stromversorgungseinrichtung übermittelt und die Stromaufnahme des Wechselstromladegeräts für Hochvoltbatterie entsprechend angepasst. Erst dann leitet das Wechselstromladegerät für Hochvoltbatterie den Ladevorgang ein. Zugleich überwacht es zum Schutz der Hochvoltbatterie die Spannung, Ladungsmenge und Ladezeit. Mit dem im GLC F-CELL Typ 253 eingebauten Wechselstrom-Ladegerät für Hochvoltbatterie ist eine maximale Ladeleistung von 7,2 kW möglich. Somit kann die Ladezeit auf 1,5 Stunden deutlich reduziert werden.

Der genaue Ablauf des Ladevorgangs und die verschiedenen Lademöglichkeiten sind der aktuellen Bedienungsanleitung zu entnehmen.

 Daten zu den Ladezeiten s. Kapitel "Technische Daten"

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Ladekabel zum Laden über die Netzsteckdose (Mode 2)

Das in zwei Längenvarianten erhältliche einphasige Ladekabel ist an die landesspezifischen Normen angepasst und wird in einer Tasche im Laderaum verstaut.

Das Ladekabel beinhaltet ein In-Cable Control- and Protecting Device (IC-CPD). Zur Erfüllung der Sicherheitsanforderungen nach IEC61851 sind hier ein Fehlerstromschutzschalter und zur Leistungseinstellung eine Kommunikationseinrichtung (PWM-Modul) integriert. Um Benutzer und das Elektrofahrzeug zu schützen, schaltet das fest in dem Ladekabel integrierte IC-CPD die Leistungskontakte zwischen dem Fahrzeugsteckanschluss und der Infrastrukturseite und übermittelt die Ladestrom-Obergrenze an das Fahrzeug. Im Fehlerfall oder bei Spannungsabfall wird der Ladevorgang sofort unterbrochen. Das Ladekabel schaltet die Leistungskontakte zwischen dem Fahrzeugsteckanschluss und Schutzkontaktstecker erst bei Spannungsanforderung vom Fahrzeug. Die nicht gesteckten Stecker sind somit spannungsfrei.

Ladekabel für öffentliche Ladestationen (Mode 3)

Das einphasige Ladekabel ist an die landesspezifischen Normen angepasst und ist als Sonderausstattung in zwei Längenvarianten erhältlich.

Das Ladekabel Mode 3 bildet eine Verbindung zwischen dem Fahrzeug und der nach IEC61851 genormten Stromversorgungseinrichtung, dem so genannten "Electrical Vehicle Supply Equipment" (EVSE). In der EVSE sind Fehler- und Überstromschutz, Abschaltung sowie eine spezifische Ladesteckdose integriert. Das Ladekabel beinhaltet eine Widerstandskodierung der maximalen Stromtragfähigkeit des Kabels und die genormten Steckkontakte auf der Fahrzeug- und Infrastrukturseite. Die Ladestation schaltet die Leistungskontakte erst bei Spannungsanforderung vom Fahrzeug. Die nicht gesteckten Fahrzeug- bzw. Ladestation Steckanschlüsse sind somit ungesteckt spannungsfrei.

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Notentriegelung Fahrzeugsteckdose

Der Stecker des Ladekabels wird beim Ladevorgang vor unbefugtem Abziehen geschützt. Er wird in der Steckdose Einspeisung Ladegerät über den Stellmotor der elektrischen Verriegelung verriegelt.

Lässt sich das Ladekabel nach einem Ladevorgang an der Fahrzeugsteckdose nicht ausstecken (im Fehlerfall), besteht die Möglichkeit, den Stellmotor der elektrischen Verriegelung mit einem Notentriegelungszug zu entriegeln. Der Notentriegelungszug befindet sich an der rechten Kofferraumkante. Um an den Notentriegelungszug zu gelangen, muss vorher die Abdeckung entfernt werden. Durch das Ziehen am Notentriegelungszug der mechanischen Notentriegelung wird die Drehscheibe der mechanischen Notentriegelung verdreht und der Ladekabelstecker entriegelt.

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Losfahrschutz

Um ein Wegfahren während eines Ladevorgangs bzw. bei gestecktem Ladekabel zu verhindern, wird bei erkanntem gesteckten Ladekabelstecker (Proximity=ON/SNA) der Losfahrschutz aktiviert. Das Kombiinstrument zeigt eine entsprechende Warnmeldung an.

Der Losfahrschutz wird dabei abhängig von der Fahrzeuggeschwindigkeit in zwei Varianten ausgeführt:

Gesteckter Ladekabelstecker wird während der Fahrt (v > km/h) erkannt.

Wird während der Fahrt (v > 5km/h) ein vermeintlich gesteckter Ladekabelstecker (Proximity=ON) oder im Fall eines defekten Ladegeräts der Ersatzwert (Proximity=SNA) erkannt, so wird sofort der Losfahrschutz erst beim Einlegen der Fahrstufe „P“ aktiviert.

Gesteckter Ladekabelstecker wird im Stillstand (v < 5 km/h) erkannt.

Wird ein gesteckter Ladekabelstecker (Proximity=ON) in der Fahrstufe „P“ oder bei v < 5 km/h erkannt, so wird sofort der Losfahrschutz aktiviert. Bei einem defekten Ladegerät wird der Ersatzwert (Proximity=SNA) gebildet. In diesem Fall wird der Losfahrschutz erst bei Einlegen der Fahrstufe „P“ aktiviert.

Wechselstromladegerät für Hochvoltbatterie

Das Wechselstromladegerät für Hochvoltbatterie befindet sich im Heckbereich in der Multifunktionsmulde. Es wandelt die Wechselspannung einer externen Spannungsquelle z. B. Ladestation, in Gleichspannung um.

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Steuergerät DC/DC-Wandler

Der DC/DC-Wandler befindet sich im Heckbereich in der Multifunktionsmulde. Er erzeugt aus der Gleichspannung der Hochvoltbatterie die 12-V-Gleichspannung für das 12-V-Bordnetz.

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Leistungselektronik

Die Leistungselektronik ist in das Antriebssystem integriert und direkt mit der Hochvolt-Verteilerplatte und dem Kühlmittelkreislauf verbunden. Es hat folgende Aufgaben:

 Spannungsversorgung

 Steuerung des Elektromotors Antrieb

 Überwachung der Temperatur und Position des Elektromotors

 Erstellung von Diagnosen und Prognosen zum verfügbaren Drehmoment für das Steuergerät Antriebsstrang

Zum Betrieb des Elektromotors erzeugt der DC/AC-Wandler in der Leistungselektronik aus der Gleichspannung der Hochvoltbatterie bzw. dem Steuergerät DC/DC Wandler Brennstoffzelle die 3-Phasen-Wechselspannung. Dabei werden von der Leistungselektronik die Drehzahl, Rotorlage und Temperatur des Elektromotors erfasst.

Wird der Elektromotor im Schubbetrieb als Generator betrieben, wandelt die Leistungselektronik die induzierte Wechselspannung in eine Gleichspannung und versorgt damit das Hochvolt-Bordnetz.

Hochvolt-Energieverteiler

Im GLC F-CELL Typ 253 gibt es zwei Hochvolt-Energieverteiler, das Steuergerät DC/DC-Wandler Brennstoffzelle (N129/8) und die Hochvolt-Verteilerplatte (F34/6).

Das Steuergerät DC/DC Wandler Brennstoffzelle ist im Motorraum rechts neben dem Brennstoffzellen-Stack angeordnet. Es wandelt die im Brennstoffzellen-Stack erzeugte Gleichspannung in eine Hochvolt-Gleichspannung um und versorgt folgende Hochvoltkomponenten:

 Hochvolt PTC-Heizer

 Abluftturbolader

 Elektrischer Kältemittelkompressor

 Hochvolt-Verteilerplatte

Zur Absicherung der Leitungen der Hochvoltkomponenten sind vier Sicherungen Steuergerät DC/DC Wandler Brennstoffzelle angeordnet. Die Hochvolt-Sicherungen sind zugänglich und wechselbar.

Die Hochvolt-Verteilerplatte (F34/6) ist hinten rechts neben der Elektrischen Maschine angeordnet. Die Hochvolt-Verteilerplatte wird entweder von der Hochvoltbatterie oder dem Steuergerät DC/DC Wandler Brennstoffzelle mit Hochvolt-Gleichspannung versorgt. Die Hochvolt-Gleichspannung wird dann zentral an das Steuergerät Leistungselektronik und an das Steuergerät DC/DC-Wandler verteilt.

Zur Absicherung der Leitungen des DC/DC-Wandlers ist in der Hochvolt-Verteilerplatte eine Sicherung angeordnet. Die Hochvolt-Sicherung ist zugänglich und wechselbar.

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Akustischer Umfeldschutz

Da das Fahrzeug bei geringen Geschwindigkeiten in allen Betriebsarten sehr leise ist, besteht die Gefahr, dass es von anderen Verkehrsteilnehmern, nicht oder sehr spät wahrgenommen wird. Als technische Ausführung des akustischen Umfeldschutzes kommt ein Soundgenerator zum Einsatz.

Der Soundgenerator besteht aus einem Steuergerät, einer Audioendstufe und einem Lautsprecher. Er befindet sich im Fahrzeug vorn rechts über der unteren vorderen Motorraumverkleidung. Abhängig von Geschwindigkeit und Fahrpedalstellung generiert der Soundgenerator Elektrofahrzeug zwischen 0 bis 30 km/h ein Audiosignal. Bei Geschwindigkeiten größer als 30 km/h wird der Soundgenerator deaktiviert, da die Roll- und Windgeräusche des Fahrzeugs laut genug sind.

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Rekuperatives Bremssystem (RBS)

Das Antriebskonzept erlaubt eine Rekuperation bei Fahrzeugverzögerung. Dabei wird die elektrische Maschine als Generator betrieben und erzeugt ein Bremsmoment an den Rädern. Die dabei erzeugte elektrische Energie fließt in die Hochvoltbatterie zurück. Die Rückführung der Energie steuert das Energiemanagement. Die mögliche Rekuperationsleistung hängt vom Zustand der Hochvoltbatterie (Ladezustand und Temperatur) ab. Die Stärke der Rekuperation und der damit verbundenen Schleppverzögerung kann der Fahrer über das Bremspedal (ca. 10 % Pedalweg) selbst beeinflussen.

Bei der Schleppverzögerung des Fahrzeugs unterscheidet man drei mögliche Betriebszustände:

 Beim Ausrollen mit reiner Schubverzögerung wird bereits rekuperiert. Die elektrische Maschine arbeitet dann als Generator. Zurückgewonnene Energie wird in der Hochvoltbatterie gespeichert.

 Bei einer leichten Betätigung des Bremspedals wird das Fahrzeug durch die elektrische Maschine stärker verzögert und die Rekuperation erhöht.

 Bei einer stärkeren Betätigung des Bremspedals wird auch die Betriebsbremse zum Verzögern des Fahrzeugs eingesetzt. In dieser Betriebssituation arbeiten beide Systeme kombiniert.

Man unterscheidet zwischen manueller und radarunterstützter Rekuperation. Folgende Rekuperationsstufen stehen dem Fahrer zur Verfügung:

 D + minimale Rekuperation entspricht Schubbetrieb.

 D Standard Rekuperation

 D - hohe Rekuperation

 D auto radarunterstützte Rekuperation

Lenkradschaltpaddles/manuelles rekuperatives Bremsen

Durch die Serienausstattung mit Lenkradschalttasten hat der Kunde die Möglichkeit, analog dem konventionellen Antrieb hoch bzw. zurückzuschalten. Damit man in den manuellen Rekuperationsmodus gelangt, ist eine kurze Betätigung eines der Paddles notwendig. Mit dem rechten Paddle wird die Rekuperation reduziert (analog dem Hochschalten bei konventionellem Antrieb). Mit dem linken Paddle wird die Schlepp-Rekuperation erhöht (analog dem aktiven Zurückschalten bei konventionellem Antrieb). Die verfügbare maximale Rekuperation hängt von der Fahrgeschwindigkeit sowie vom aktuellen Ladezustand und der Temperatur der Batterie ab.

 Die Lenkradschalttaste zurückschalten und die Lenkradschalttaste hochschalten werden zum manuellen Einstellen des Motorschleppmoments verwendet. Dadurch kann der Fahrer die Intensität der Rekuperation regulieren.

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Radarunterstützte Rekuperation

Die elektrische Steuereinheit Aktiver Abstands-Assistent DISTRONIC erfasst den Abstand und die Differenzgeschwindigkeit zum vorausfahrenden Fahrzeug und sendet diese über den Fahrwerk­FlexRay an das Steuergerät Antriebsstrang. Durch die relative Geschwindigkeit und den Abstand zum vorausfahrenden Fahrzeug wird eine Sollverzögerung (negative Beschleunigung) berechnet. Hieraus entsteht eine Wunschkraft bzw. Wunschmoment, welches als Motorschleppmoment gestellt wird. Das Verzögern über eine Erhöhung des Rekuperationsmoments tritt in Kraft beim Auffahren auf ein langsameres Fahrzeug, beim Auffahren auf ein verzögerndes Fahrzeug oder bei Folgefahrten bergab.

Die relative Geschwindigkeit und der Abstand werden von der elektrischen Steuereinheit Aktiver Abstands-Assistent DISTRONIC erfasst und über den Fahrwerk­FlexRay an das Steuergerät Antriebsstrang gesendet. Das Steuergerät Antriebsstrang berechnet die entsprechende Sollverzögerung und sendet die Anforderung für das rekuperative Bremsmoment über den Antriebs-CAN an das Steuergerät Leistungselektronik. Das Steuergerät Leistungselektronik steuert die elektrische Maschine entsprechend motorisch an.

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Intelligente Rekuperation

Die intelligente Rekuperation basiert auf der radarunterstützten Rekuperation. Sie enthält zusätzlich zu den Funktionen „Rekuperieren bei Bergabfahrt und Abstandregelaufgaben“ sowie „Segeln“ die Teilfunktion „Rekuperation basierend auf Speedlimits“. Diese Erweiterung wertet die von der Kamera aufgenommenen Geschwindigkeitsbegrenzungen aus und passt die Rekuperationshöhe stufenlos entsprechend an. Um über eine Ausrollsimulation die Rekuperation anzupassen, werden zusätzlich die Geschwindigkeitsbegrenzungen der Karte vorausschauend miteinbezogen. Die Grundlage für die intelligente Rekuperation ist die Funktion „Geschwindigkeitslimit-Assistent“. Diese Grundlage ist bei allen GLC F-CELL Typen 253 gegeben.

Die Auswertung der Fahrsituation und Anpassung der Rekuperation erfolgt also anhand von Umgebungsinformationen (Sensorfusion) z. B. über Radar-, Kamera und Kartendaten.