Mercedes ELF: Wie laden wir in Zukunft?

Die meistgestellte Frage zu Elektroautos wird wohl noch eine Weile die nach der Reichweite bleiben. Denkt man jedoch einen Schritt weiter, dreht sich vieles ums Laden. Doch wohin geht hier die Entwicklung? Wie werden E-Autos in den nächsten Jahren und Jahrzehnten mit Strom versorgt? Um das herauszufinden und die neuesten Ladetechnologien in der Praxis zu testen, hat Mercedes ein rollendes Forschungslabor auf die Räder gestellt.

Rein optisch handelt es sich beim ELF um einen Mercedes EQV – zumindest auf den ersten Blick. Denn unter dem Blech hat das Forschungsfahrzeug nicht mehr viel mit der kurz vor der Ablöse stehenden Großraumlimousine gemein.

ELF, das steht für Experimental-Lade-Fahrzeug. Die Bezeichnung lehnt sich an die Serie von Experimental-Sicherheits-Fahrzeugen (ESF) an, die Mercedes seit den 1970er-Jahren von Zeit zu Zeit präsentierte, um auf neue Sicherheitstechnologien, -ideen und -konzepte aufmerksam zu machen. Ganz in diesem Sinne wurde auch das ELF entwickelt – nur eben mit dem Fokus auf innovative Ladetechnik.

Bei der Auslegung des Forschungsfahrzeugs standen drei Entwicklungsziele im Vordergrund: schnelles, automatisiertes und nachhaltiges Laden. Bei den schnellen Ladetechnologien steht vor allem eine hohe Ladeleistung im Fokus. Dazu befinden sich gleich drei Ladedosen am Bug: zwei mit CCS2- und eine mit MCS-Anschluss.

Die beiden CCS-Anschlüsse können Ladeströme von bis zu 1.000 Ampere übertragen, womit die Elektronen mit bis zu 930 kW Ladeleistung in den Akku gepresst werden. Reicht dafür eine passive Kühlung aus oder benötigt man eine Flüssigkeitskühlung von Ladedose und Kabel? Wie lange fließen solche Ströme in der Realität überhaupt? Das sind die Fragen, bei deren Klärung das ELF ein wertvolles Entwicklungsinstrument darstellt.

Auch am neuen Ladestandard MCS (Megawatt Charging System) arbeiten die Sindelfinger Entwickler. Beim ELF verbirgt sich die Ladedose geschickt hinter dem nach unten schwenkenden Mercedes-Stern. Über diese Buchse ist noch mehr möglich: Über ein Megawatt verlädt das ELF.

Doch Moment: Kann der EQV nicht eigentlich nur etwas mehr als 100 kW Ladeleistung aufnehmen? Grundsätzlich stimmt das. Nur ist das ELF eben keine gewöhnliche Elektro-V-Klasse. Stattdessen montierte das Team einen speziellen Akku mit direkt gekühlten Zellen aus dem Konzeptfahrzeug AMG GT XX in den Unterboden. So ist mit 1.000 kW noch nicht das Ende der Fahnenstange erreicht. Schließlich soll das ELF der (öffentlichen) Ladeinfrastruktur ein kleines Stück voraus sein.

Dass der Trend in Richtung noch höherer Ladeleistungen geht, ist absehbar. Erste Serienhersteller knacken mit ihren Fahrzeugen bereits die 1.000-kW-Marke, Ladeleistungen von über 500 kW sind keine Ausnahme mehr. Im gleichen Maße entwickelt sich die Ladetechnik weiter, und erste Ladeparks mit Megawatt-Chargern entstehen. Hier liefert das ELF wichtige Erkenntnisse bei der Auslegung eines solchen Ladesystems.

Als zweites Entwicklungsziel hat man sich das automatisierte Laden vorgenommen. Ein kleiner Baustein auf diesem Weg sind automatisch öffnende und schließende Ladeklappen. Grundsätzlich sind diese nicht neu, doch das eine oder andere Mal erweist sich die Klapptechnik im Alltag als störungsanfällig. Aus diesem Grund experimentiert die Mercedes-Mannschaft beim ELF mit unterschiedlichen Öffnungssystemen und Klappenmechanismen, um im Alltag herauszufinden, unter welchen Bedingungen sich welche Lösung am besten schlägt. Auch das Design der Ladezustandsanzeige hat man dabei im Blick.

Doch das genügt freilich noch lange nicht, um dem automatisierten Laden gerecht zu werden. Neben Versuchen mit einem externen Laderoboter, der etwa einen CCS- oder Typ-2-Stecker in die Ladebuchse manövrieren kann, haben die Tüftler auch Ladelösungen im Blick, die am Unterboden montiert werden.

Hierzu gehört das induktive Laden: Das Fahrzeug parkt über einer auf dem Boden liegenden Platte mit einer Primärspule. Im Fahrzeug befindet sich am Unterboden eine Sekundärspule. Von der Primär- auf die Sekundärspule kann nun per Induktion elektrische Energie übertragen werden – im Falle des ELF mit bis zu 11 kW.

Die Technologie erlebte in den letzten Jahren ein Auf und Ab, konnte sich in der Breite jedoch noch nicht durchsetzen. Woran das liegen mag, ist Teil der Untersuchungen mit dem ELF. Denn vielleicht gibt es eine bessere Alternative?

Dazu könnte das konduktive Unterbodenladen gehören. Dabei wird der Strom über eine direkte elektrische Verbindung übertragen, etwa über einen Stecker oder einen elektrischen Kontakt. Hierfür ist im Unterboden ein ACD-U („Automatic Charging Device – Underbody“) untergebracht sowie die Matrix-Charging-Technologie des Grazer Unternehmens Easelink, über die wir im Elektroautomobil-Podcast Episode 053 berichteten.

Den dritten Pfeiler der Entwicklung bildet das nachhaltige Laden. Dazu zählen die Technologien zum bidirektionalen Laden mit ihren Ausprägungen V2L (Vehicle-to-Load), V2H (Vehicle-to-Home) und V2G (Vehicle-to-Grid). Zu diesem Zweck sind die drei CCS2-Ladedosen sowie der Typ-2-Anschluss im Heck des Fahrzeugs für diese Technologien ausgelegt.

An Bord befindet sich ein bidirektionaler, dreiphasiger Bordlader mit 22 kW Leistung. Über den Typ-2-Stecker und einen Adapter können externe Geräte mit dreiphasigem Drehstrom und ebenjener Leistung versorgt werden (= V2L).

V2G und V2H wiederum nutzen die Entwickler über die CCS-Schnittstelle. Mercedes arbeitet derzeit mit The Mobility House zusammen, um eine entsprechende Lösung samt DC-Wallbox auf den Markt zu bringen. Neuere E-Modelle wie der Mercedes CLA oder der GLC sind darauf bereits vorbereitet.

Eher fürs gute Gewissen als für einen nennenswerten Reichweitenzuwachs befinden sich auf dem Dach des ELF verschiedene Solarmodule. Diese kommen immerhin auf eine Spitzenleistung von etwas mehr als 400 Watt, was allerdings höchstens ausreicht, um das 12-Volt-Bordnetz ein wenig zu entlasten. Doch Kleinvieh macht bekanntlich auch Mist, weshalb die Techniker auch diesen Aspekt des Ladens genau unter die Lupe nehmen.

So ist das ELF keine reine Fingerübung, sondern ein echtes Entwicklungswerkzeug, das sich täglich im Einsatz befindet. Nicht umsonst ist der Innenraum mit allerlei Messtechnik, Kabeln und Computern vollgestopft. Und das Projekt ist noch lange nicht abgeschlossen: Das Auto wird von unterschiedlichen Abteilungen zur Erprobung ihrer Komponenten genutzt, weshalb es sich stetig verändert und umgebaut wird – stets mit der Frage im Hinterkopf: Wie laden wir in Zukunft?

Fotos: Mercedes-Benz

ACD-U (Automatic Charging Device – Underbody): Eine an der Unterseite des Fahrzeugs untergebrachte Ladeeinrichtung, über die automatisiert eine Ladung durchgeführt werden kann.

CCS (Combined Charging System): Kombiniertes Ladesystem. Ein verbreiteter Standard für Schnellladestationen, der sowohl AC- als auch DC-Ladung unterstützt.

HPC (High Power Charging): Hochleistungsladen. Ermöglicht extrem schnelle Ladezeiten für Elektrofahrzeuge.

MCS (Megawatt Charging Standard): Gleichstrom-Schnellladestandard für besonders hohe Leistungen.

Typ 2: Standardisierter Stecker zum Laden von Elektrofahrzeugen. Überträgt i. d. R. Wechselstrom.

V2G (Vehicle-to-Grid): Fahrzeug-zu-Netz-Technologie. Ermöglicht die Rückeinspeisung von Energie aus Fahrzeugbatterien in das Stromnetz.

V2H (Vehicle-to-Home): Fahrzeug-zu-Haus-Technologie. Ermöglicht die Nutzung der Fahrzeugbatterie zur Stromversorgung eines Haushalts.

V2L (Vehicle-to-Load): Fahrzeug-zu-Verbraucher-Technologie. Ermöglicht die Stromversorgung externer Geräte direkt aus der Fahrzeugbatterie.