Audi A6 e-tron Batterie

Die in Ingolstadt gebaute A6 e-tron-Serie ist das erste vollelektrische Großserienmodell, das an einem deutschen Audi-Standort hergestellt wird. Gleichzeitig konsolidiert die Marke mit den Vier Ringen neue Fähigkeiten und Technologien an ihrer Firmenzentrale mit der Montage der neu entwickelten Hochspannungsbatterie (HV) für die Premium Platform Electric (PPE). Dank der neuen Batteriebaugruppe erweitert Audi schrittweise die vertikale Fertigungspalette für vollelektrische Modelle und sammelt Erfahrungen für die Batteriemodulproduktion weiter unten.

Im Rahmen der Produktion der Audi A6 e-tron Serie werden täglich auf einer Fläche von rund 30.000 Quadratmetern rund 1.000 Hochvolt-Batterien (HV) montiert. Insgesamt arbeiten rund 300 Mitarbeiter in drei Schichten in der Batteriemontage. Die Automatisierungsrate steigt auf rund 90 Prozent. Für jede Hochvolt-Batterie sinkt die Herstellungszeit von etwa zwei Stunden auf nur 55 Minuten. Im Vergleich zu den bisher von Audi verwendeten Batteriesystemen besteht die Batterie für die PPE aus nur zwölf Modulen mit insgesamt 180 Prismenzellen. Zum Vergleich: Die HV-Batterie im Q8 e-tron besteht aus 36 Modulen und 432 Zellen. Die deutliche Vergrößerung der Zellen entspricht dabei eng der Netzspannung von 800 Volt, um eine bestmögliche Balance zwischen Reichweite und Ladeleistung zu erreichen.

Für die PPE beträgt das Verhältnis von Nickel zu Kobalt und Mangan in den Zellen etwa 8:1:1, mit einem reduzierten Anteil an Kobalt und einem erhöhten Anteil an Nickel, was für die Energiedichte von besonderer Bedeutung ist.

Die Reduzierung der Modulanzahl für die PPE-Batterien bietet eine Reihe von Vorteilen: Die Batterie, die modular für Hoch- und Flachbodenmodelle eingesetzt werden kann, benötigt weniger Bauraum, ist leichter und lässt sich besser in die Crashstruktur und das Kühlsystem des Fahrzeugs integrieren. Sie benötigt auch weniger Kabel und Hochspannungsverbinder. Die Anzahl der Verschraubungen wurde deutlich reduziert. Außerdem sind die elektrischen Verbindungen zwischen den Modulen kürzer, was Verluste und Gewicht erheblich reduziert. Eine in das Batteriegehäuse integrierte Kühlplatte sorgt für eine homogene Wärmeübertragung und damit für eine nahezu optimale Batteriekonditionierung. Die aus warmumgeformtem Stahl bestehenden Schutzschürzen sind nicht an der Batterie befestigt, sondern sehr sicher am Körper befestigt. Neu ist auch die Unterbodenverkleidung aus Faserverbundwerkstoff. Diese Konstruktion reduziert das Gewicht weiter und verbessert die Wärmeisolation zwischen Batterie und Umgebung, wodurch die Batterie der PPE effizienter aufgeheizt oder gekühlt werden kann.

Batteriekapazität 100 kWh und Ladeleistung bis 270 kW

Die HV-Batterie für die PPE wurde von Grund auf entwickelt und der Aufbau vereinfacht. Sie ist mit zwölf Modulen und 180 Zellen ausgestattet und hat eine Bruttospeicherkapazität von 100 kWh (94,9 netto). Für jedes Modul sind 15 elektrochemische Zellen in Serie geschaltet. Die maximale Ladeleistung für die 100 kWh Batterie beträgt 270 kW.

Eine Variante mit einer Kapazität von 83 kWh ist auch für die Audi A6 e-tron Serie erhältlich. Letztere besteht aus zehn Modulen und 150 Zellen. Dank optimierter Zellchemie und Hochleistungs-Thermomanagement kann die 100 kWh Batterie in 21 Minuten an einer geeigneten Schnellladestation von 10 bis 80 Prozent aufgeladen werden.

Die speziell für die PPE entwickelte Batteriemanagement-Steuerung (BMC), eine zentrale Steuereinheit, ist für die für schnelles und batteriesparendes Laden erforderliche Stromregelung zuständig. Die BMC ist vollständig in die HV-Batterie integriert. Im Rahmen einer permanenten Überwachung senden die zwölf Zellmodul-Steuerungen (CMS) Daten wie die aktuelle Modultemperatur oder die Zellspannung an die BMC, die ihre Informationen, beispielsweise über den Änderungszustand (SoC), an den Hochleistungsrechner HCP 4 (Teil der neuen elektronischen Architektur E3 1.2) weiterleitet. Dieser Computer wiederum sendet Daten an das neue prädiktive Wärmemanagement, das den Kühl- oder Heizkreislauf nach Bedarf für eine optimale Batterieleistung regelt.

Wenn eine Ladestation mit 400-Volt-Technologie arbeitet, ist erstmals eine Bankladung möglich. Die 800-Volt-Batterie wird automatisch in zwei Batterien bei gleicher Spannung aufgeteilt, die dann parallel mit bis zu 135 kW geladen werden können. Beide Batteriehälften werden zunächst auf den gleichen Ladestand gebracht und dann gemeinsam geladen.

Effizientes Thermomanagement für kürzere Ladezeit, mehr Reichweite und längere Lebensdauer

Intelligentes Thermomanagement leistet einen wesentlichen Beitrag zur hohen Ladeleistung und langen Lebensdauer der HV-Batterie in der PPE. Wichtigste Komponente ist das prädiktive Thermomanagement, das Daten aus der Navigation, der Route, dem Abfahrtstimer und dem Nutzungsverhalten des Kunden nutzt, um den Kühl- oder Heizbedarf im Voraus zu berechnen und gleichzeitig effizient und zum richtigen Zeitpunkt bereitzustellen. Wenn ein Kunde zu einer in der geplanten Route enthaltenen HPC-Ladestation fährt, bereitet das prädiktive Thermomanagement den DC-Ladeprozess vor und kühlt oder heizt die Batterie, so dass sie schneller aufgeladen werden kann und somit die Ladezeit verkürzt wird.

Wenn es eine steile Steigung vor sich hat, passt das Thermomanagement die Temperatur der HV-Batterie durch entsprechende Kühlung an, um eine höhere thermische Belastung zu vermeiden.

Wenn der Kunde keine Informationen zur Verfügung stellt, aus denen sich Vorhersagedaten ableiten lassen, regelt ein Standardalgorithmus das Thermomanagement der HV-Batterie, der auch viele Informationen sammelt und auf die Fahrsituation reagiert. Wenn beispielsweise der Fahrer im Fahrauswahlmenü den Effizienzmodus gewählt hat, wird die Konditionierung der Batterie später aktiviert und die reale Reichweite kann je nach Fahrverhalten erhöht werden. Im dynamischen Modus ist das Ziel eine optimale Leistung. Wenn jedoch die aktuelle Verkehrssituation kein dynamisches Fahren zulässt, wird das Thermomanagement darauf reagieren und den Energieverbrauch für die Batteriekonditionierung minimieren.

Neu sind auch Nachkonditionierung und kontinuierliche Konditionierung im PSA-Thermomanagement. Diese Funktionen überwachen die Batterietemperatur über die gesamte Lebensdauer des Fahrzeugs, sodass die Batterie auch bei nicht bewegtem Fahrzeug – etwa bei heißen Außentemperaturen – im optimalen Temperaturbereich gehalten wird.

Durch die hohe Temperaturhomogenität innerhalb der Batterie kann die Leistung gesteigert werden - weshalb das Kühlmittel nach dem U-Flow-Prinzip unter die Module geleitet wird. Die Batteriekühlplatte ist auch ein struktureller Bestandteil der Batterie, wodurch auf eine zusätzliche Bodenplatte im HV-Raum des Batteriegehäuses verzichtet und die thermische Verbindung zu den Modulen mittels einer Wärmeleitpaste optimiert werden kann.

Ladekurve

Unten ist die Ladekurve für 100 kWh Batterie. EVKX.net