Technik und Funktionsweise: Neuer Plug-in-Hybrid-Allrad macht Multivan und California im Alltag zu Elektroautos

Volkswagen Nutzfahrzeuge hat für den Multivan und California einen neuen Plug-in-Hybrid-Allradantrieb entwickelt: eHybrid 4MOTION. Das im Segment der Kleinbusse und Camper konkurrenzlose System verbindet drei Antriebswelten miteinander: das elektrische Fahren, die optimale Langstreckentauglichkeit und maximale Traktion. Bislang gab es kein Antriebssystem für Reisevans und Reisemobile, das diese Parameter ohne technische und fahrdynamische Kompromisse vereinte. Mit dem neuen Plug-in-Hybrid-Allradantrieb ist dies nun – auch als Novum im Volkswagen Konzern – gelungen. Der Multivan¹ und California eHybrid 4MOTION² stromern elektrisch durch den Alltag und lautlos über den Campingplatz. Gleichzeitig spulen sie dank ihres Hybridantriebs große Reisedistanzen ab. Die Strecken- und Witterungsbedingungen sind dabei zweitrangig, da der Allradantrieb auch auf matschigen Wiesen und im Winter genau jene Traktion bietet, die einem Heck- oder Fronttriebler mitunter fehlt. Zudem sind beide Bulli sichere Zugfahrzeuge. Möglich wird all das durch das effiziente Miteinander von zwei E-Maschinen und einem Hightech-Benziner neuester Bauart. Für einen Bulli mit seinen multivariablen Einsatzmöglichkeiten ist das neue eHybrid 4MOTION-System die ideale Antriebsart.

Elektrisch Fahren: Der Multivan und California starten als Plug-in-Hybridmodelle per elektrischem Allradantrieb – jeweils eine E-Maschine treibt dabei die Vorder- und Hinterachse an. Beide Maschinen sorgen so für eine optimale Anfahrperformance und Traktion. Vorausgesetzt wird hier, dass die Batterie ausreichend geladen ist. Dank einer Kapazität von 19,7 kWh, Funktionen zum schnellen Laden und hochwirksamer Rekuperation ist das in aller Regel der Fall. Bei vollständig geladener Batterie ermöglicht der sparsame Plug-in-Hybride je nach Modell rein elektrische Distanzen von 85 bis 95 Kilometern. Damit werden der Multivan und California im Alltag zu Elektroautos. Beispiel Deutschland: Eine Studie³ des deutschen Bundesministeriums für Digitales und Verkehr besagt, dass 95 Prozent aller Pkw-Fahrten kürzer als 50 Kilometer sind. Im E-Modus können der Multivan und California mit bis zu 130 km/h bewegt werden (hybridisch bis 200 km/h). Optional stehen in den Hybridmodellen die vier Fahrprofile „Eco“, „Comfort“, „Sport“ und „Individual“ zur Verfügung. Aus Effizienzgründen wird in den Fahrprofilen „Eco“ und „Comfort“ die hintere E-Maschine oberhalb von 65 km/h nur bei Bedarf eingekuppelt; im Fahrprofil „Sport“ bis 130 km/h, im Profil „Individual“ je nach Einstellung ebenfalls. Über 130 km/h bleibt die Hinterachse grundsätzlich deaktiviert . 

Elektrische Standklimatisierung: Multivan und California bieten als Plug-in-Hybridmodelle – über die Klimaanlage für den Fahrbetrieb hinaus – serienmäßig eine elektrische Standklimatisierung. Mit ihr können beide Bulli-Modelle beim Laden, Parken oder Campen gekühlt, belüftet und beheizt werden. Die Standklimatisierung bietet eine Vielzahl von Vorteilen: Beim Laden der Lithium-Ionen-Batterie wird der Innenraum schon vor Fahrtbeginn auf die gewünschte Temperatur gebracht. Das erhöht den Komfort und die elektrische Reichweite, da die Heiz- oder Klimafunktion so beim Start der Fahrt weniger Energie benötigt, um die Luft im Innenraum zu kühlen oder zu erwärmen. Während des Parkens oder Campens bei niedrigen Außentemperaturen wird die Standklimatisierung indes zur Standheizung. Das allerdings – im Gegensatz zur klassischen Standheizung – nicht via Kraftstoffverbrennung, sondern emissionsfrei per Strom. Ein weiterer Vorteil ist die Kühlfunktion – im Sommer ein Komfortplus, wie es sonst nur große Reisemobile mit einer separaten Klimaanlage bieten können. 

Bei externer Stromversorgung ist die Standklimatisierung bis zu 30 Minuten aktiv. Arbeitet sie allein mittels Stromversorgung der Hochvoltbatterie, schaltet die Klimatisierung nach 10 Minuten ab. Aktiviert wird die Standklimatisierung über das Infotainmentsystem oder per App auf dem Smartphone. Die California Reisemobile können optional mit einer Standklimatisierung bestellt werden, die einen Dauerbetrieb der Heizfunktion ermöglicht; in diesem Fall kann die Klimatisierung mit Luftheizung auch via Camper-Bedienteil in der C-Säule der Beifahrerseite bedient werden.

Hybridisch Reisen: Wie skizziert, starten der Multivan und California mit dem neuen Plug-in-Hybrid bei ausreichend geladener Batterie stets elektrisch. Eine Ausnahme bilden extreme Minustemperaturen. Die Hybridstrategie ist so ausgelegt, dass der Multivan eHybrid 4MOTION und California eHybrid 4MOTION zuerst die elektrische Energie der Hochvoltbatterie nutzen. Dabei werden sie – je nach Fahrsituation und Fahrprofil - bis 130 km/h von der vorderen E-Maschine (85 kW / 110 PS) und bei Bedarf auch von der hinteren E-Maschine (100 kW / 136 PS) angetrieben. Oberhalb von 130 km/h wird die Hinterachse über eine sogenannte Abkoppeleinheit – eine Trennkupplung – automatisch aus dem Antriebssystem herausgenommen und die hintere E-Maschine deaktiviert, um den Energieverbrauch so sparsam wie möglich zu gestalten. Bei Geschwindigkeiten von über 130 km/h, einem Kickdown oder ab einem nicht mehr ausreichenden Ladestand der Batterie schaltet sich der 1.5 TSI evo2, ein Hightech-Turbobenziner, hinzu. Beim starken Beschleunigen via Kickdown unterstützt der elektrische Antrieb den 1.5 TSI wie ein zusätzlicher Booster. 

Im Teillastbereich schaltet sich der Benziner indes so oft wie möglich ab; der Bulli „segelt“ dann entweder ohne jegliche Motorunterstützung oder nutzt – bis 130 km/h – allein den E-Antrieb. Dieses Wechselspiel läuft vollautomatisch und nahezu unmerklich ab (mit Ausnahme des vollen Beschleunigens via Kickdown, da das 6-Gang-Getriebe dann herunterschaltet und sich so die Drehzahl des TSI erhöht). Darüber hinaus gilt, dass die neuen Hybridmodelle auffallend sparsam sind: Je nach Modell und Ausstattung liegen die WLTP-Verbrauchswerte bei komplett entladener Batterie zwischen 7,5 und 8,1 l/100 km. In der Praxis können die Werte bei vorausschauender Fahrweise deutlich niedriger ausfallen, da die Batterie via Rekuperation immer wieder Energie aufnimmt, damit das Antriebssystem die E-Maschinen einbinden kann.

Als Option verfügen der Multivan und California eHybrid 4MOTION, wie dargestellt, über die vier Fahrprofile „Eco“, „Comfort“, „Sport“ und „Individual“. Im Profil „Eco“ werden die Leistung und das Drehmoment im hybridischen Betrieb reduziert. Darüber hinaus wird die Charakteristik des Fahrpedals etwas flacher ausgelegt, um eine verbrauchsoptimierte Fahrweise zu unterstützen. Im Fahrprofil „Comfort“ steht der optimale Antriebskomfort zu Verfügung. Das Profil „Sport“ liefert im Hybridmodus die maximale Systemleistung; eine deutlich steilere Fahrpedal-Charakteristik sorgt hier zusätzlich für ein agiles Ansprechverhalten. Zudem ist hier der Allradantrieb permanent bis 130 km/h aktiviert. Im Profil „Individual“ können indes nicht nur die Antriebsparameter angepasst werden, sondern ebenso die Lenkung und optionale Systeme wie die adaptive Fahrwerkregelung DCC oder die automatische Distanzregelung ACC „stop & go“.

Fahren mit Allradantrieb: Die Kraftverteilung des eHybrid 4MOTION-Systems wird über die Electronic Stability Control (ESC) geregelt und ist – je nach Antriebssituation respektive Traktion an den Achsen – variabel. Bis zu 100 Prozent der Antriebskraft können deshalb an die Vorder- oder Hinterachse geleitet werden. Der elektrische Hinterachsantrieb steht auch bei leerer Batterie zur Verfügung: Der benötigte Strom für die E-Maschine an der Hinterachse wird dabei automatisch vom TSI-Motor und der in diesem Fall als Generator arbeitenden vorderen E-Maschine erzeugt. Sobald der Fahrer von „D“ in den Sportmodus „S“ schaltet oder im Fahrprofil „Individual“ die ESC-Einstellung in „Sport“ ändert, aktiviert er – etwa bei Fahrten auf Schnee oder nassen Camper-Wiesen – den permanenten Allradantrieb. Hier bleibt die Hinterachse bis zu einer Geschwindigkeit von 130 km/h zugeschaltet. 

Gegenüber einem konventionellen Allradsystem, dessen Hinterachsantrieb konstruktiv auf eine mechanische Verbindung mit dem Verbrennungsmotor und damit auf eine Kardanwelle angewiesen ist, kann Volkswagen Nutzfahrzeuge die elektrische Hinterachse des Multivan und California – genau wie beim allradgetriebenen ID. Buzz GTX – autonom steuern. Diese Eigenschaft ist ein großer Vorteil, da sie ein Plus an Leistung und Traktion sowie eine dynamischere Momentenregelung möglich macht. Die Kraftverteilung der elektrisch angetriebenen Hinterachse kann dabei insbesondere auf unbefestigten Untergründen und auf Schnee ideal angepasst werden. So kann mit diesem Antriebssystem bei beispielsweise durchdrehenden Rädern an der Vorderachse das Fahrzeug vollständig über die Hinterachse angetrieben werden, was bei konventionellen Allradfahrzeugen nur mit hohem konstruktivem Aufwand möglich ist. Die Traktion wird zudem durch die ausgeglichene Gewichtsverteilung positiv beeinflusst. Sie ergibt sich durch die Lage der Batterie (unter den Vordersitzen), des Tanks (unter der zweiten Sitzreihe) sowie die in die Hinterachse integrierte zweite E-Maschine.

Antriebstechnik im Detail: Das 180 kW (245 PS) starke eHybrid 4MOTION-System ist der Nachfolger des 2021 im Multivan vorgestellten Plug-in-Hybridantriebs mit reinem Frontantrieb und einer Systemleistung von 160 kW (218 PS). Diese erste Generation des Plug-in-Hybridantriebs kennzeichnete ein 1,4-Liter-TSI mit 110 KW (150 PS), eine 85 kW (115 PS) starke E-Maschine als Moduleinheit mit dem 6-Gang-DSG und eine 10,4 kWh große Batterie. Weiterentwickelt wurde für die neuen Modelle das Modul aus 6-Gang-DSG (DQ400e evo) und der Vorderachs-E-Maschine (HEM80 evo). Alle anderen Bestandteile des eHybrid 4MOTION-System sind Neuentwicklungen. Ziel war es dabei, das Einsatzspektrum und die Fahreigenschaften durch die Konstruktion einer zusätzlich elektrisch angetriebenen Hinterachse auf ein neues Level zu heben.

Motorseitig kommt im Multivan eHybrid 4MOTION und im California eHybrid 4MOTION ein Turbobenziner mit der Bezeichnung 1.5 TSI evo2 (Baureihe EA211) zum Einsatz. Der Motor stellt eine Leistung von 130 kW (177 PS) und ein maximales Drehmoment von 250 Nm zur Verfügung. Den Vierzylinder kennzeichnen innovative Features wie ein VTG-Turbolader mit variabler Turbinengeometrie, eine effiziente Hochdruckeinspritzung mit 350 bar, plasmabeschichtete Zylinderlaufbahnen (zur Reduzierung der Reibung), Kolben mit eingegossenen Kühlkanälen und das hocheffiziente TSI-evo-Brennverfahren. Zu den im Hinblick auf die Effizienz entscheidenden Faktoren gehören hier die Optimierung der Brennraumkühlung und die Symbiose aus dem auf dem Miller-Cycle (frühes Schließen der Einlassventile) basierenden Brennverfahren mit einer hohen Verdichtung und der VTG-Aufladung. Das Benzin-Luft-Gemisch wird dabei im gesamten Betriebsbereich des Motors mit Lambda 1 gefahren; der 1.5 TSI des Multivan und California läuft damit weder zu fett (Benzinüberschuss) noch zu mager (Sauerstoffüberschuss), da der Kraftstoff vollständig und sauber verbrannt wird. Dank des TSI-evo-Brennverfahrens arbeitet der 1.5 TSI evo2 mit einem sehr hohen Wirkungsgrad. Und das senkt den Verbrauch und die Emissionen.

An der Vorderachse kommt, wie dargestellt, parallel zum TSI eine E-Maschine zum Einsatz. Sie entwickelt auch in den neuen Modellen eine Leistung von 85 kW (115 PS); ihr Peak-Drehmoment beträgt 330 Nm. Erneut bildet die E-Maschine mit dem 6-Gang-DSG ein Modul. Die Weiterentwicklung dieser Systemeinheit trägt dazu bei, dass Volkswagen Nutzfahrzeuge eine neue und nochmals effizientere Hybridstrategie realisieren konnte, die zum Beispiel eine vergleichsweise starke Beschleunigung im elektrischen Modus erlaubt, ohne dass der TSI anspringt. 

Als dritter technischer Baustein kommt die zweite E-Maschine an der Verbundlenker-Hinterachse zum Einsatz. Diese E-Maschine liefert 100 kW (136 PS) und steuert ein Peak-Drehmoment von 250 Nm bei. Diese Kraft wird über ein 1-Gang-Getriebe an die Hinterachse übertragen. Je nach Fahrsituation kann der Hinterachsantrieb mittels einer Klauenkupplung zu- oder abgeschaltet werden. Diese ist aus Sicherheitsgründen als „normaly open“ System ausgeführt: Erst auf Befehl wird ein Kraftschluss zwischen der E-Maschine und den Rädern hergestellt. Dafür wird zunächst die E-Maschine auf die erforderliche Drehzahl beschleunigt, um den reibungslosen Kraftschluss zu gewährleisten. Technisch handelt es sich sowohl vorne als auch hinten um permanenterregte Synchronmaschinen. Der 1.5 TSI evo2 und die E-Maschinen entwickeln zusammen ein Systemdrehmoment von 350 Nm – die maximale Kraft steht nahezu aus dem Stand heraus zur Verfügung. 

Ein weiterer wesentlicher Bestandteil des Plug-in-Hybrid-Allradantriebs ist die neue Hochvoltbatterie. Mit besagten 19,7 kWh bietet sie einen fast doppelt so großen Netto-Energiegehalt wie ihr Pendant im Multivan eHybrid mit Frontantrieb. Die Lithium-Ionen-Hochvoltbatterie besteht aus 96 Zellmodulen einer neuen Entwicklungsstufe, deren Temperaturniveau über eine externe Flüssigkeitskühlung geregelt wird.

Als weitere Besonderheit gegenüber einem Plug-in-Hybridantrieb mit reinem Front- oder Heckantrieb kommen an Bord des neuen Multivan und California eHybrid 4MOTION gleich zwei Leistungselektronik-Module (statt einer) zum Einsatz. Sie befinden sich im Bereich der Vorder- und Hinterachse und managen dort den Energiefluss zwischen der Batterie und den E-Maschinen. Dabei wandeln sie den Gleichstrom (DC) der Batterie in den für den Betrieb der E-Maschinen benötigten Wechselstrom (AC) um. Die vordere Leistungselektronik dient zudem als DC/DC-Wandler, um das Niedervolt-Bordnetz mit 12V-Spannung zu versorgen. Zu den weiteren Hybrid-Komponenten gehört darüber hinaus das Ladegerät: Statt mit 3,6 kW, wie beim ersten Multivan eHybrid, ist es nun möglich, an AC-Ladesäulen wie der heimischen Wallbox mit bis zu 11 kW zu laden. Darüber hinaus können die neuen Modelle unterwegs erstmals an DC-Schnellladesäulen mit bis zu 50 kW⁴ geladen werden. Mit dieser DC-Leistung ist die Batterie in ca. 26 Minuten wieder von 10 auf 80 Prozent geladen. Die Möglichkeit des Vollladens während eines Termins, Shopping-Stopps oder Restaurantbesuchs vergrößert signifikant den elektrischen Radius des Multivan eHybrid 4MOTION und California eHybrid 4MOTION.

¹ Multivan eHybrid 4MOTION, 130 kW (177 PS), 6-Gang-DSG: Kraftstoffverbrauch kombiniert mit entladender Batterie 7,9-7,5 l/100 km; CO₂-Emissionen gewichtet kombiniert 18-21 in g/km, elektrischer Verbrauch kombiniert 22,8-21,7 kWh/100km plus 0,9–0,8 l/100 km, elektrische Reichweite kombiniert 88-95 km

² California eHybrid 4MOTION, 130 kW (177 PS), 6-Gang-DSG: Kraftstoffverbrauch kombiniert mit entladender Batterie 8,1-7,6 l/100 km; CO₂-Emissionen gewichtet kombiniert 19-22 in g/km, elektrischer Verbrauch kombiniert 23,5-22,1 kWh/100km plus 1,0–0,8 l/100 km, elektrische Reichweite kombiniert 85-93 km

³ Studie „Mobilität in Deutschland“

⁴ Der Wert für den kundenrelevanten Ladevorgang beträgt 40 kW, ermittelt nach DIN70080. Unter idealen Bedingungen (z.B. sehr niedriger Ladestand oder hohe Batterietemperaturen) sind jedoch Ladeleistungen von bis zu 50 kW erzielbar.