Die gemeinsam mit Porsche entwickelte Premium Plattform Electric (PPE) von Audi ist ein zentraler Baustein für den Ausbau des weltweiten Portfolios vollelektrischer Audi-Modelle. Für die nächste Generation von Elektrofahrzeugen von Audi hat das Unternehmen die Elektromotoren, die Leistungselektronik, das Getriebe sowie die Hochvoltbatterie und alle dazugehörigen Komponenten neu entwickelt und exakt auf die Anforderungen batterieelektrischer Fahrzeuge zugeschnitten.
Der Audi Q6 e-tron ist das erste Serienmodell auf Basis der PPE. (Früherer Beitrag.)
Motoren. Sämtliche Antriebskomponenten der PPE sind noch kompakter ausgelegt als die bisher entwickelten und verbauten Antriebe und zeichnen sich durch höhere Effizienz aus. In Summe ermöglichen die Effizienzmaßnahmen rund um die neuen E-Motoren der PPE 40 Kilometer mehr Reichweite im Vergleich zum Audi e-tron der ersten Generation.
Im Bereich der Produktion haben sich Automatisierungsgrad und Fertigungstiefe deutlich erhöht. Die neuen Elektromotoren für die PPE benötigen rund 30 Prozent weniger Bauraum als die bisheriger Elektromodelle. Ihr Gewicht konnte um rund 20 Prozent reduziert werden.
Die PSM (Permanentmagnet-Synchronmaschine) an der Hinterachse des Audi Q6 e-tron Baureihe hat eine Länge von 200 Millimetern. Die ASM (Asynchronmaschine) an der Vorderachse hat eine Länge von 100 Millimetern. Im Ruhezustand kann sie ohne nennenswerte Schleppverluste frei rotieren.
Die neue Haarnadelwicklung und eine direkte Ölspritzkühlung im Stator des Elektromotors tragen maßgeblich zur höheren Effizienz des Antriebs bei. So steigt beispielsweise der Füllfaktor auf 60 Prozent im Vergleich zu 45 Prozent bei den bisher eingesetzten konventionellen Wicklungen.
Zur Effizienzsteigerung trägt auch eine elektrische Ölpumpe im Getriebe bei. Durch die Rotorölkühlung konnte Audi zudem weitgehend auf den Einsatz schwerer Seltenerdelemente verzichten und gleichzeitig die Leistungsdichte um 20 Prozent steigern.
Leistungselektronik und Getriebe für die PSA. Die Leistungselektronik (Inverter) steuert den Elektromotor und wandelt zudem Gleichstrom aus der Batterie in Wechselstrom um. Die Daten für die exakte Steuerung des Inverters liefert der Domänenrechner HCP1 (High Performance Computing Platform 1), der für das Antriebssystem und das Fahrwerk zuständig ist.
In der leistungsstärkeren Variante des wassergekühlten Inverters sind Siliziumkarbid-Halbleiter verbaut. Durch ihren um 60 Prozent höheren Wirkungsgrad überzeugen sie vor allem im Teillastbereich und sind zuverlässiger. Damit tragen sie maßgeblich zur Effizienz und Leistungssteigerung der PPE-Elektromotoren bei. Der Reichweitenvorteil gegenüber Silizium-Halbleitern beträgt rund 20 Kilometer.
Durch die 800-Volt-Architektur können zudem dünnere Leitungen für die Verkabelung von Batterie und E-Motor verwendet werden. Das reduziert Bauraum, Gewicht und Rohstoffverbrauch. Weil sich das System durch geringere Verlustwärme weniger stark erwärmt, fällt auch das Kühlsystem kleiner und effizienter aus. Das Getriebe arbeitet mit Trockensumpfschmierung und elektrischer Ölpumpe. Düsen besprühen die Zahnräder direkt. Diese Bauweise minimiert Reibungsverluste und reduziert zudem den Bauraum.
Ladeleistung. Die 800-Volt-Architektur, die für Ladeleistungen bis 270 kW erforderlich ist, ist einer der Schlüsselfaktoren für eine hohe Ladeleistung. Um diesen hohen Wert zu erreichen, wurde die Zellchemie optimiert. Audi hat nach eigenen Angaben eine optimale Balance zwischen Energiedichte und Ladeleistung erreicht. Die gemeinsam mit dem Zulieferer entwickelten Zellen bieten eine hohe Energiedichte, einen deutlich reduzierten Kobaltanteil und geringere Widerstände für eine bestmögliche Ladeleistung.
Neben der 800-Volt-Architektur trägt ein intelligentes Thermomanagement maßgeblich zur hohen Ladeleistung und langen Lebensdauer der HV-Batterie in der PPE bei. Wichtigster Baustein ist das prädiktive Thermomanagement, das Daten aus Navigationssystem, Route, Abfahrtszeitgeber und Nutzungsverhalten des Kunden nutzt, um den Kühl- oder Heizbedarf vorausschauend zu berechnen und effizient und zum richtigen Zeitpunkt bereitzustellen.
Fährt ein Kunde zum Laden an eine in der Routenplanung eingebundene HPC-Ladestation, bereitet das prädiktive Thermomanagement den DC-Ladevorgang vor und kühlt oder heizt die Batterie, damit diese schneller laden kann und so die Ladezeit verkürzt wird. Liegt ein steilerer Anstieg vor uns, passt das Thermomanagement die HV-Batterie durch entsprechende Kühlung an, um eine höhere thermische Belastung zu verhindern. Hat der Fahrer im Drive Select-Menü den Efficiency-Modus gewählt, wird die Konditionierung der Batterie später aktiviert und die reale Reichweite kann je nach Fahrverhalten erhöht werden. Im Dynamic-Modus ist eine optimale Performance das Ziel.
Sollte die aktuelle Verkehrssituation jedoch keine dynamische Fahrweise zulassen, reagiert das Thermomanagement darauf und minimiert den Energieverbrauch für die Batteriekonditionierung.
Eine weitere Neuerung im Thermomanagement der PPE ist die Nach- und Dauerkonditionierung. Diese Funktion überwacht die Batterietemperatur über die gesamte Lebensdauer, um die Batterie auch bei stehendem Fahrzeug – etwa bei sehr hohen Außentemperaturen – im optimalen Temperaturbereich zu halten. Der Kühlmittelfluss wurde durch die Umsetzung des U-Flow-Prinzips unterhalb der Batteriemodule optimiert. Dies führt zu einer hohen Temperaturhomogenität innerhalb der Batterie – überwacht durch 48 Temperatursensoren – und letztlich zu einer hohen Energieabgabe- und -aufnahmeleistung.
Bei einem Ladezustand (State of Charge, SoC) von etwa 10 Prozent benötigen Fahrzeuge der Audi Q6 e-tron Baureihe an einer Schnellladestation bei maximal 270 kW Ladeleistung mit DC-Laden unter Idealbedingungen nur zehn Minuten für eine Reichweite von bis zu 255 Kilometern. Das Aufladen der HV-Batterie von zehn Prozent SoC auf 158 Prozent dauert 21 Minuten. Ein Kommunikationssteuergerät, das sogenannte Smart Actuator Charging Interface Device (SACID), stellt als Schnittstelle die Verbindung zwischen Ladedose und Ladestation her und übermittelt die eingehenden standardisierten Informationen an den Domänenrechner HCP80.
Wärmemanagement des Fahrzeugs. Das Thermomanagement des Fahrzeugs wurde neu konzipiert. Um die gesteigerte Effizienz im Antriebsstrang und die damit einhergehende Reduzierung der Wärmeverluste zu kompensieren, wird die Wasser-Glykol-Wärmepumpe durch eine Luft-Wärmepumpe ergänzt. Damit kann neben der Abwärme im Kühlmittel von Elektromotor, Leistungselektronik und Batterie auch die Umgebungsluft als Heizquelle für den Innenraum genutzt werden.
Der Temperaturaustausch erfolgt nun direkt über eine Heizschlange. Als wirkungsvolle Ergänzung wurde zudem ein 800-Volt-Luft-PTC-Heizer entwickelt, der bei erhöhtem Wärmebedarf auch direkt die Innenraumtemperaturregelung im Klimagerät unterstützt. Die bei wasserbasierten Heizkreisläufen üblichen Wärmeverluste werden dadurch vermieden.
Rekuperation und Reibungsbremsen.In der Regel können mit der PPE rund 95% aller Bremsvorgänge im Alltag per Rekuperation, also regenerativem Bremsen über die Elektromotoren, abgedeckt werden. Der Einsatz von Reibbremsen beim Brake Blending erfolgt entsprechend später bzw. seltener. Auch die Rekuperationsfunktion wird in der PPE nicht mehr vom Bremsensteuersystem übernommen, sondern vom HCP1, einem der fünf Hochleistungsrechner im Fahrzeug, der in der PPE für Antrieb und Fahrwerk zuständig ist. Dadurch erhöht sich der Einfluss des Antriebs auf das Bremssystem.
Der Übergang von der Rekuperationsbremsung über die elektrischen Antriebssysteme zur mechanischen Bremsung über die hydraulisch betätigten Reibungsbremsen ist für den Fahrer nicht mehr spürbar. Das sogenannte Brake Blending sorgt für ein gut kontrollierbares Pedalgefühl mit einem klar definierten, konstanten Druckpunkt.
Das aus früheren e-tron-Modellen bekannte Intelligent Brake System (IBS) wurde in der Premium Platform Electric deutlich weiterentwickelt. So ist erstmals ein achsindividuelles Brake Blending möglich.
Die Rekuperation bleibt bei Bedarf auf der Hinterachse, während an der Vorderachse hydraulischer Druck erzeugt wird. Audi-typisch gibt es optional eine zweistufige Schubrekuperation, anwählbar über die Schaltwippen am Lenkrad. Auch das Segeln ist möglich. Dabei rollt der Elektro-SUV frei, wenn der Fuß vom Gas geht, ohne zusätzlichen Widerstand. Eine weitere Option im Audi Q6 e-tron ist der Fahrmodus „B“, der dem, was umgangssprachlich „One-Pedal-Feeling“ genannt wird, sehr nahe kommt.
E³ 1.2 Elektronische Architektur. Mit der neuen Elektronik-Architektur E³ 3 erleben Audi-Kunden die Vorteile der Fahrzeugdigitalisierung unmittelbarer als je zuvor. E³ ermöglicht es, die Anzahl, Größe und Auflösung der Bildschirme in den Fahrzeugen zu erhöhen. Zudem ist es für drahtlose Updates (Over-the-Air) und das Hinzufügen neuer Funktionen ausgelegt, beispielsweise durch das Angebot von Functions on Demand.
Audi führt in der Q6 e-tron-Reihe eine völlig neue, einheitliche Infotainment-Plattform auf Basis von Android Automotive ein. Zahlreiche Fahrzeugfunktionen lassen sich über Audis Digital Assistant steuern, einen selbstlernenden Sprachassistenten. Der digitale Assistent ist tief ins Fahrzeug integriert und wird erstmals mittels Avatar im Armaturenbrett (Audi Assistant Dashboard) und im Augmented-Reality-Head-up-Display visualisiert. Mit einem Store für Drittanbieter-Apps können Nutzer zudem ihre Lieblings-Apps aus ihrem digitalen Ökosystem direkt auf dem Fahrzeugdisplay nutzen.
Über den Store haben Kunden Zugriff auf eine Vielzahl von Apps, die sich ohne Smartphone direkt im MMI installieren lassen. Zum Start stehen Anwendungen aus den Kategorien Musik, Video, Gaming, Navigation, Parken und Laden, Produktivität, Wetter und Nachrichten zur Verfügung. In der Kategorie Musik finden sich beispielsweise Apps wie Amazon Music und Spotify. Der Store wird künftig kontinuierlich ausgebaut. Er lässt sich über eine eigene Kachel im MMI anwählen. Die weiteren Apps integrieren sich dann nahtlos ins MMI und stehen für eine sichere und zuverlässige Nutzung während der Fahrt zur Verfügung. Das angebotene App-Portfolio ist marktspezifisch. Das bekannte Audi Smartphone Interface zur Einbindung von Apple CarPlay und Android Auto ist auch in der Q6 e-tron Baureihe verfügbar.
Die skalierbare und zukunftssichere Elektronik-Architektur ermöglicht es Audi, verschiedene Fahrzeugmodelle und Derivate auf einer einheitlichen Elektronik-Basis anzubieten. Dieser Ansatz reduziert die Komplexität in Entwicklung und Produktion und schafft zusätzliche Skaleneffekte. Darüber hinaus bildet die neue Elektronik-Architektur die Basis für zukünftige Innovationen. Sicherheit (Security by Design) und Updatefähigkeit sind von Anfang an in der Architektur verankert.
Die Verlagerung von Funktionen von der Sensor-Aktor-Ebene auf die Rechnerebene, also die zunehmende Entkopplung von Hard- und Software, wird es ermöglichen, auch die steigende Komplexität in den nächsten Jahren sicher zu beherrschen.
Der Fokus der Entwicklung lag auf der performanten und sicheren Vernetzung von Domänenrechnern, Steuergeräten, Sensoren und Aktuatoren. Fünf Hochleistungsrechner, die sogenannte Audi High Performance Computing Plattform (HCP), bilden das zentrale Nervensystem des E3 1.2. Sämtliche Fahrzeugfunktionen sind domänengerecht auf die verschiedenen HCPs verteilt. Audi vernetzt die einzelnen Fahrzeugsysteme mit den bekannten Automotive-Protokollen und mit Gigabit-Ethernet.
Quelle aus Green Car Kongress
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