So erklärt Audi die Technologie seiner Plug-in-Hybride

Audi Q5, A6, A7 und A8 Plug-in-Hybrid

Copyright Abbildung(en): Audi

Klassischer Verbrennungsmotor oder rein elektrischer Antrieb? Auf diese Glaubensfrage moderner Mobilität gibt es eine dritte Antwort: PHEV – Plug-in hybrid electric vehicle, kurz: Plug-in-Hybrid. Die Kombination eines klassischen Verbrennungsmotors mit einem Elektromotor, der seine Energie aus einer Lithium-Ionen-Batterie bezieht, ermöglicht lokal emissionsfreies Fahren und einen niedrigen Gesamtverbrauch. Ein Überblick der aktuellen Audi-Technologien und -Modelle.

Was bedeutet Hybrid-Antrieb, und was genau ist ein Plug-in-Hybrid?

Traditionell bezeichnet man einen Antrieb als Hybrid, wenn zwei Antriebstechnologien – also jeweils Motor und Energiespeichersystem – kombiniert sind. Typisch für Hybride, die einen Verbrennungsmotor und einen Elektromotor kombinieren: Der E-Antrieb kann lokal emissionsfrei als alleiniger Antrieb genutzt werden oder den Verbrenner mit einer zusätzlichen Boost-Leistung unterstützen. Ebenso dient der Elektroantrieb als Generator für Rekuperation, der kinetische Energie in elektrische umwandelt und in einer Lithium-Ionen-Batterie speichert. Als heute gängigste Form von Hybrid-Fahrzeugen hat sich mittlerweile der Plug-in-Hybrid (kurz PHEV) etabliert: Die Batterie kann dann auch extern, an der Ladesäule oder Steckdose, aufgeladen werden. Dementsprechend sind damit auch die Energie-Kapazitäten der Batterien von Plug-in-Hybrid-Fahrzeugen gestiegen. Der Vorteil für den Kunden: größere elektrische Reichweiten.

Plug-in-Hybride sind ein komplexer Spagat zwischen zwei Antriebswelten. Was ist die Audi-Formel für das technische Gesamtpaket?

Im Fokus stehen drei Ziele: Ein souveränes elektrisches Fahrerlebnis, ein einfaches Lademanagement und eine hohe Alltagstauglichkeit. Diese drei Faktoren bilden das Zieldreieck in der PHEV-Entwicklung bei Audi.

Das elektrische Fahrerlebnis wird zum einen durch eine kraftvolle E-Maschine geprägt, die je nach Modell bis zu 105 kW leistet. Damit ist über einen großen Geschwindigkeitsbereich in verschiedenen Fahrsituationen ein rein elektrischer Betrieb sichergestellt. Grundlage für häufiges und ausdauerndes elektrisches Fahren ist das ausgefeilte Antriebsmanagement der Audi-Plug-in-Hybride. Das intelligente Antriebsmanagement steuert das Zusammenspiel von E-Motor und Verbrennungsmotor. Es entscheidet, wann rein elektrisch gefahren, rekuperiert oder im Leerlauf bei deaktiviertem Verbrennungsmotor gesegelt wird und wann der Verbrennungsmotor zugeschaltet wird. Wesentlich für das intelligente Antriebsmanagement, hohe elektrische Fahranteile – gerade im realen Fahrbetrieb – und hohe Energieeffizienz ist die Zuhilfenahme verschiedener Fahrzeugsensoren, Streckendaten und Routeninformationen zur Antriebssteuerung. Gemessen nach dem WLTP-Zyklus beträgt die elektrische Reichweite der Plug-in-Hybride von Audi bis zu 59 Kilometer.

Die zweite Säule des Zieldreiecks bei der Entwicklung der Audi-PHEV-Modelle ist das Lademanagement. Audis PHEV-Modelle der Mittel- und Oberklasse laden mit bis zu 7,4 kW Leistung. Dadurch sind die Hybrid-Modelle in ca. 2,5 Stunden wieder aufgeladen. Diese Ladedauer ist ideal für das typische Nutzungsverhalten von Plug-in-Kunden: Damit ist das unkomplizierte und schnelle Vollladen des Fahrzeugs ein- bis zweimal am Tag möglich, entweder zu Hause oder zusätzlich am Arbeitsplatz. Aber auch für das einfache Aufladen unterwegs hat Audi gesorgt: Der Audi-eigene Ladedienst e-tron Charging Service gewährt PHEV-Modellen mit einer Karte Zugang zu rund 137.000 Ladepunkten in 25 europäischen Ländern. Die Serienausstattung aller PHEV-Modelle umfasst neben dem Ladesystem Kompakt mit Kabel für Haushalts- und Industriesteckdosen auch ein Mode-3-Kabel mit Typ-2-Stecker für öffentliche Ladesäulen.

Die dritte Ecke im Zieldreieck – eine hohe Alltagstauglichkeit. Diese ergibt sich zunächst aus den ersten beiden Zielen: häufiger Elektrobetrieb und ein unkompliziertes Lademanagement. Wichtig für die Alltagstauglichkeit ist auch ein gutes Platzangebot, hohe Variabilität und Nutzbarkeit der Plug-in-Hybride. Die Ingolstädter Ingenieure haben viel Aufwand betrieben, die Batterien platzsparend und kompakt in den Kofferraum der PHEV-Modelle zu integrieren: Der Ladeboden ist, bedingt durch die darunter liegenden Batterien, im Vergleich zu den konventionellen Modellen leicht angehoben, weist aber keine Stufe auf. Dadurch entsteht ein ebener, gut nutzbarer Ladeboden, der keine Einschränkungen beim Beladen verursacht. Zur guten Nutzbarkeit gehört auch, mit Ausnahme des A8 TFSI e, die Verfügbarkeit einer Anhängevorrichtung und eine zu den konventionellen Modellen identische Anhängelast (Ausnahme Audi Q5: konventionell 2500 kg, PHEV 1750 kg).

Die Verbindung aus elektrischem Fahrerlebnis, einfachem Aufladen und hoher Alltagstauglichkeit macht Plug-in-Hybride für viele Kunden interessant, insbesondere für Pendler, da sie nachhaltiges, lokal emissionsfreies Fahren ermöglichen.

Welche Plug-in-Hybride hat Audi derzeit in der Modellpalette?

Aktuell umfasst Audis Plug-in-Hybrid-Portfolio die Modellreihen A6, A7, A8, Q5 und Q7. Bei den PHEV-Modellen A6, A7, Q5 und Q7 haben die Kunden die Auswahl zwischen einer Komfort-orientierten Variante und einer sportlicher konfigurierten Version mit höherer Systemleistung, serienmäßigen S line-Umfängen sowie straffer abgestimmtem Fahrwerks- und Antriebssetup. Beim A8 kann der Kunde eine Leistungsvariante wählen, entweder mit normalem Radstand oder in der L-Variante mit langem Radstand.

Audi wird in den nächsten Monaten weitere PHEV-Modelle vorstellen und dann in acht Modellreihen Plug-in-Hybrid-Modelle anbieten. Geplant sind weitere Plug-in-Hybrid-Modelle für den neuen Audi A3, den Q8 und den Kompakt-SUV Audi Q3.

Welche Antriebsvarianten kommen bei Audi zum Einsatz?

Audi kombiniert den Turbo-aufgeladenen Ottomotor mit Direkteinspritzung (TFSI) mit einer E-Maschine, deren Lithium-Ionen-Batterie unter dem Gepäckraumboden verbaut ist. Bei allen Plug-in-Hybrid-Modellen ist der E-Motor des Hybrid-Antriebsstrangs in das Getriebe integriert. Das Hybrid-Modul besteht aus der E-Maschine und einer Trennkupplung, die den TFSI-Motor mit dem Triebstrang verbindet. Die Trennkupplung liegt direkt vor dem Getriebe – bei Q5, A6 und A7 arbeitet eine Siebengang S tronic, bei den Modellen Q7 und A8 die Achtstufen-tiptronic.

Audi A7 Sportback 55 TFSI e
Audi

In allen Plug-in-Hybriden erfolgt die Kraftübertragung über alle vier Räder – für maximale Traktion auch bei schlechten Fahrbahn- und Wetterbedingungen sowie für eine hohe Agilität bei sportlicher Fahrweise. Die Sechszylinder-Modelle sind serienmäßig mit permanentem quattro, die Vierzylindermodelle mit dem quattro ultra-Antrieb ausgestattet. Die Systemleistung liegt bei 270 kW (367 PS) für die Vierzylinder-Versionen (A6, A7, Q5) sowie bei 335 kW (456 PS) bei den Sechszylinder-Varianten (Q7, A8). Für die europäischen Märkte sind zudem die Modelle A6, A7 und Q5 in einer weiteren Variante verfügbar: Hier beträgt die Systemleistung aus 2.0 TFSI-Benziner und E-Maschine 220 kW (299 PS).

Welche Batterietechnik setzt Audi in den PHEV-Modellen ein?

Der Strom für die E-Maschinen kommt aus einem Batteriesystem mit flüssigkeitsgekühlten Lithium-Ionen-Zellen, das unter dem Gepäckraumboden liegt. Die Batterie speichert in allen Mittel- und Oberklassemodellen 14,1 kWh, im Q7 sind es 17,3 kWh. Die Spannung beträgt 385 Volt. Beim A6, A7 und A8 ist sie aus 104 sogenannten Pouch-Zellen aufgebaut, die in acht Modulen zusammengefasst sind. Die Lithium-Ionen-Batterie im Q5 setzt sich aus prismatischen Zellen zusammen. Der Kühlkreislauf der Batterie ist jeweils in den Niedertemperatur-Kreislauf integriert, der die E-Maschine und die Leistungselektronik versorgt. Die Leistungselektronik wandelt den Gleichstrom der Hochvolt-Batterie in Drehstrom für die E-Maschine um, beim Rekuperieren macht sie das Gegenteil.

Audi A7 Sportback 55 TFSI e
Audi

Wie lange dauert das Aufladen der PHEV-Modelle?

An einem 400-Volt-Drehstrom-Anschluss mit 7,4 kW Leistung dauert eine Voll-Ladung der in den meisten Modellen verbauten 14,1 kWh großen Batterie ca. zweieinhalb Stunden, an einer 230-Volt-Haushaltssteckdose circa sechseinhalb Stunden.

Antriebssteuerung: Wie wählt der Fahrer zwischen den möglichen Fahrmodi?

Das Hybrid-Management der Plug-in-Modelle ist auf maximale Effizienz und Kundenkomfort ausgelegt und wählt automatisch die optimale Betriebsstrategie. Dem Fahrer stehen drei Betriebsmodi zur Verfügung: Neben dem Hybrid-Betriebsmodus „Auto“ – Standard bei aktiver Routenführung – kann der Fahrer noch zwischen den Modi „EV“ und „Hold“ wählen. Im EV-Modus wird das Fahrzeug ausschließlich elektrisch angetrieben, solange der Fahrer nicht einen variablen spürbaren Druckpunkt im Fahrpedal überschreitet. Der EV-Modus ist die Grundeinstellung bei jedem Fahrzeugstart. Im „Hold“-Modus steuert das Antriebsmanagement den Antriebsstrang so, dass der vorhandene Ladestatus der Batterie gehalten wird, etwa für das spätere rein elektrische Fahren in urbanen Gebieten. Dennoch gibt es auch in diesem Modus rein elektrische Fahranteile.

Audi Q5 TFSI e
Audi

Darüber hinaus kann der Fahrer über den bekannten Schalter des Fahrdynamiksystems Audi drive select zwischen den Fahrmodi „comfort“, „efficiency“, „auto“ und „dynamic“ wählen und damit das Setup von Antrieb, Fahrwerk und Lenkung beeinflussen. Je nach Einstellung ändern sich beim Beschleunigen die Schwellen, ab denen beide Antriebe zusammenarbeiten oder der Elektromotor den Boost und damit das maximale Drehmoment liefert. Im „dynamic“-Modus unterstützt die E-Maschine den Verbrennungsmotor verstärkt mit ihrer elektrischen Boost-Leistung für maximale Fahrdynamik.

Wie funktioniert das Antriebsmanagement der Audi-PHEV-Modelle?

Weniger ist mehr – Audi setzt bei seinen PHEV-Modellen für lange elektrische Fahretappen auf das Zusammenspiel aus richtiger Batteriegröße und ausgefeiltem Antriebsmanagement, das durch seine Effizienz und Rekuperationsleistung größere Batterien nicht notwendig macht. Technologische Herzstücke der PHEV-Modelle sind der Prädiktive Effizienzassistent (PEA) und die Prädiktive Betriebsstrategie (PBS). Ziel beider Systeme ist es, die im Lithium-Ionen-Akku gespeicherte elektrische Energie durch ein vorausschauendes Antriebs- und Rekuperationsmanagement möglichst effizient zu nutzen und viel kinetische Energie in den Akku zurückzuführen.

Der Prädiktive Effizienzassistent – bekannt aus den konventionellen Modellen – regelt das Antriebs- und Rekuperationsverhalten situativ auf unmittelbare und naheliegende Parameter der prädiktiven Streckendaten. Das sind vorausliegende Ortsschilder, Kreuzungen, Kreisverkehre, die Topografie mit Kurven, Steigungen und Gefällen, bekannte Tempolimits, aber auch vom Radarsensor erfasste vorausfahrende Fahrzeuge. Der Assistent informiert den Fahrer mit entsprechenden Anzeigen und erinnert mit einem spürbaren Impuls am Fahrpedal daran, den Fuß vom Gas zu nehmen.

Audi Q5 TFSI e
Audi

Die Prädiktive Betriebsstrategie regelt das Antriebs- und Rekuperationsverhalten entlang der gesamten Streckenplanung. Die PBS wertet die Navigationsdaten bei aktiver Zielführung, die Informationen des Prädiktiven Effizienzassistenten sowie der Fahrzeugsensorik aus. Daraus erstellt sie eine Grobplanung für die ganze Strecke und eine Feinplanung für die vorausliegenden Kilometer. Der Fahrer erhält Hinweise, wenn er den Fuß vom Gas nehmen soll. Parallel dazu wird eine vorausschauende Rekuperation eingeleitet. Ziel der Streckenplanung ist es, innerstädtisch möglichst elektrisch zu fahren und mit nahezu leerer Batterie am Ziel anzukommen. Denn: Es soll so viel elektrische Energie wie möglich genutzt werden, um dann am Ziel das Fahrzeug wieder aufzuladen.

Was ist ein aktives Fahrpedal?

Das aktive Fahrpedal unterstützt den Fahrer mit haptischer Rückmeldung bei einer möglichst effizienten Fahrweise. Es signalisiert dem Fahrer über einen Druckpunkt im Fahrpedal, wenn er den rein elektrischen Fahrbereich verlässt. Basierend auf den Informationen des Prädiktiven Effizienzassistenten signalisiert es dem Fahrer außerdem, wann er für das Segeln oder Rekuperieren den Fuß vom Gaspedal nehmen soll.

Wie funktioniert das Rekuperieren?

Das Antriebssystem der PHEV-Modelle ähnelt in puncto Rekuperation dem des neuen rein elektrisch angetriebenen Audi e-tron. Es ist auf hohe Effizienz und maximale Rekuperationsleistung ausgelegt. Beim Bremsen gewinnen die PHEV-Modelle von Audi bis zu 80 kW Leistung zurück. Die E-Maschine übernimmt alle leichten Verzögerungen – also die Mehrheit im Verkehrsalltag. Bei mittleren Bremsungen teilt sie sich die Aufgabe mit den hydraulischen Radbremsen, die erst jenseits einer Verzögerung von 0,4 g allein zum Einsatz kommen. Eine aufwendige Fahrzeug-Abstimmung sorgt dabei für einen fast nicht zu spürenden Übergang zwischen Generator-Bremse der E-Maschine und konventioneller Radbremse („Blending“), verbunden mit einem gut definierten und konstant gleichen Druckpunkt im Bremspedal.

Was bedeutet Boosten?

Die Antriebsstrategie ist darauf ausgelegt, dem Fahrer ein möglichst vielseitiges Fahrerlebnis zu ermöglichen: Einerseits maximal effizient mit einem hohen elektrischen Fahranteil und gleichzeitig – bei Bedarf – sportlich durch das Boosten. Dabei unterstützt die E-Maschine den Verbrennungsmotor. Der Grad der Unterstützung ist abhängig vom gewählten Fahrprogramm. Je nach Modell und Motorkonfiguration liegen maximal 500 Nm (Q5, A7) beziehungsweise 700 Nm (Q7, A8) an – bis zu 200 Nm mehr, als der jeweilige TFSI allein stemmt.

Im Getriebe-Modus „S“, der im drive select Profil „dynamic“ vorgewählt ist, bleibt die E- Maschine im Schubbetrieb grundsätzlich aktiv und rekuperiert. Bei den anderen Einstellungen im Zusammenspiel mit dem Prädiktiven Effizienzassistenten kommt die Schubrekuperation immer dann zum Einsatz, wenn sie energetisch sinnvoller ist als der Segelbetrieb. Die Schubrekuperation reicht bis etwa 0,1 g Verzögerung und speist bis zu 25 kW Leistung zurück in die Lithium-Ionen-Batterie.

Welche Rolle spielt das Thermomanagement?

Das aufwendige Thermomanagement ist entscheidend für eine hohe elektrische Reichweite und schnelle Innenraum-Temperierung. Ein Hochtemperatur-Kreislauf kühlt den TFSI-Motor, seine Nebenaggregate und das Getriebe. Ein Niedertemperatur-Kreislauf kühlt die Batterie, das Ladegerät, die E-Maschine und die Leistungselektronik. In das Thermomanagement ist eine Wärmepumpe integriert, darin erzeugt ein kW elektrische Energie bis zu drei kW Wärmeleistung. Dafür ist sie mit dem Kältemittelkreis der Klimaanlage gekoppelt und nutzt die Abwärme der Hochvolt-Komponenten für die Temperierung des Innenraums.

Welche digitalen Möglichkeiten eröffnet die myAudi-App bei den PHEV-Modellen?

Ein praktisches Tool im Umgang mit dem Auto ist die myAudi-App: Sie bringt Dienste aus dem Portfolio von Audi connect auf das Smartphone. Der Kunde kann mit der App aus der Ferne den Batterie- und Reichweitenstatus abfragen, Ladevorgänge starten, den Ladetimer programmieren sowie auf die Lade- und Verbrauchsstatistik zugreifen. Bereits vor der Abfahrt kann der Kunde sein Auto mithilfe der App klimatisieren.

Wie sorgt Audi für grünen Strom?

Audi-Kunden können ihr Haus und ihre Garage mit Ökostrom von „Volkswagen Naturstrom“ versorgen. Dieser stammt zu 100 Prozent aus erneuerbaren Quellen wie Wasserkraftwerken, und seine Herkunft wird jährlich vom TÜV zertifiziert. Zudem unterstützt Audi seine Kunden bei Bedarf mit der Vermittlung eines Elektroinstallateurs, um eine geeignete Ladelösung in der heimischen Garage zu realisieren. Damit bietet Audi ein gesamtheitliches Mobilitätsangebot für den Kunden.

Quelle: Audi – Pressemitteilung vom 11.09.2020

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Ein Freund von mir fährt einen Q5 PEHV – im Winter kommt er damit angeblich nicht einmal aus Berlin Mitte an die Stadtgrenze – super Alltagstauglichkeit – super Greenwashing
Weiter so – alles wird gut

Guter Bericht! Einleuchtend wird die Auditechnik erläutert. Techniker verstehen das.
Aber: Keiner werde 2x 2,5 Stunden pro Tag das Auto auswärts nachladen? Muss er aber, wenn er auf die immer noch viel zu tief angegebenen Liter-Verbrauchswerte kommen will. Boosten nur zum Beschleunigen sei das erforderlich? Diese Argumentation ist OK für „ Mildhybridler„ Aber mit den PHEV s soll man ja in den Stadtzentren rein Elektrisch fahren. Woher haben sie dann noch Strom von dieser kleinen Batterie. So kleine Cyties gibt es gar nicht mehr, dass man ohne Hilfe den Verbrenners so durchkommen würde.

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