Batterie & Laden

Maßstäbe bei Reichweite dank leistungsstärkerer und intelligenterer Batterie

Wesentlich verantwortlich für die höchste elektrische Reichweite im aktuellen Audi Portfolio ist die komplett neu entwickelte Hochvoltbatterie (HV-Batterie). Mit bis zu 625 Kilometern Reichweite steht der Audi Q6 e-tron quattro für eine hohe Alltagstauglichkeit und gehört damit zu den reichweitenstärksten Modellen in seinem Segment. Der heckangetriebene Audi Q6 e-tron performance schafft bis zu 641 Kilometer. Die drei Modellvarianten Audi Q6 e-tron quattro, Audi Q6 e-tron performance und Audi SQ6 e-tron verfügen jeweils über eine HV‑Batterie mit einer Brutto-Speicherkapazität von 100 kWh (netto 94,9 kWh). Die Batterie besteht im Vergleich zu den bei Audi bislang eingesetzten Batteriesystemen nur noch aus zwölf Modulen mit insgesamt 180 prismatischen Zellen. Dabei sind pro Modul die jeweils 15 Zellen in Reihe geschaltet. Zum Vergleich: Die HV-Batterie im Audi Q8 e-tron setzt sich aus 36 Modulen und 432 Zellen zusammen.

Die signifikante Vergrößerung der Zellen korreliert nahezu ideal mit der 800‑Volt-Architektur, um so den bestmöglichen Kompromiss zwischen Reichweite und Ladeperformance zu erreichen. Das Mischungsverhältnis von Nickel, Kobalt und Mangan bei den Zellen beträgt 8:1:1, wobei der Kobaltanteil reduziert und der für die Energiedichte besonders relevante Nickelanteil gesteigert werden konnte.

Die Entscheidung, die Modulanzahl für die PPE-Batterien zu verringern, bringt eine Reihe von Vorteilen mit sich. Die Batterie, die modular für Hoch- und Flachbodenmodelle einsetzbar ist, benötigt weniger Bauraum, ist leichter und lässt sich besser in die Crashstruktur sowie in das Kühlsystem des Fahrzeugs integrieren. Sie benötigt zudem weniger Kabel und Hochvoltverbinder. Die Anzahl der Schraubverbindungen konnte signifikant reduziert werden. Zudem sind die elektrischen Verbindungen zwischen den Modulen kürzer, was die Verlustleistung und das Gewicht deutlich verringert. Eine im Batteriegehäuse integrierte Kühlplatte sorgt für eine homogene Wärmeübertragung und somit für eine nahezu optimale Konditionierung der Batterie.

Die schützenden Seitenschweller aus warmumgeformtem Stahl sind nicht an der Batterie, sondern besonders stabil an der Karosserie befestigt. Neu ist auch der Unterbodenschutz aus Faserverbundmaterial.

Diese Konstruktion senkt ebenfalls das Gewicht, schützt die Lithium-Ionen-Batterie vor Beschädigungen und verbessert die thermische Isolation der Batterie zur Umgebung. Auf diese Weise lässt sich der Akkumulator für die PPE effizienter kühlen oder heizen. Die für das schnelle und batterieschonende Laden benötigte Stromregelung verantwortet das für die PPE speziell entwickelte zentrale Steuergerät, der Battery Management Controller (BMCe).

Der BMCe, die „elektrische Schaltzentrale“, ist dabei komplett in der HV-Batterie integriert. Im Rahmen eines permanenten Monitorings senden die zwölf Cell Module Controller (CMC) Daten wie die aktuelle Modultemperatur oder die Zellspannung an das BMCe, das seine Informationen beispielsweise hinsichtlich des State of Charge (SoC) an den Hochleistungsrechner HCP4 (Teil der neuen Elektronikarchitektur E³ 1.2) sendet. Von diesem Rechner wiederum gehen die Daten an das neue prädiktive Thermomanagement, das je nach Bedarf den Kühl- oder Heizkreislauf für eine optimale Batterieperformance regelt.

Die Hochvoltbatterien werden in Ingolstadt montiert. „Wir erhöhen mit der Batteriemontage die Fertigungstiefe und holen wichtige Kompetenzen direkt an den Standort“, sagt Audi Produktionsvorstand Gerd Walker. Und Audi Personalvorstand Xavier Ros ergänzt: „Zugleich schaffen wir neue Jobchancen an den Standorten, denn eine erfolgreiche Transformation funktioniert nur gemeinsam mit den Mitarbeitenden. Dieser Wandel ist nur dank der Audianer_innen möglich, die sich weiterqualifizieren und beruflich neu erfinden.“ Für den Anlauf der Q6 e-tron Baureihe hat Audi bislang 8.300 Mitarbeitende aus der Produktion, der Technischen Entwicklung und dem Vertrieb in Ingolstadt qualifiziert. Auch am ungarischen Standort in Győr wurden zahlreiche Expert_innen für die Elektrifizierung fortgebildet. Insgesamt hat die AUDI AG in den vergangenen zwei Jahren mehr als 250 Millionen Euro in die Aus- und Weiterbildung ihrer Mitarbeitenden investiert. „Beim Umstieg auf Elektromobilität setzen wir auf unsere bestehenden Werke und erneuern uns von innen heraus. Das ist gelebte Nachhaltigkeit, in sozialer, ökologischer und wirtschaftlicher Hinsicht“, sagt Produktionsvorstand Walker.

Effizientere Kühl- und Heizleistung

Für die Leistungsabgabe und die Ladeperformance ist die Kühlung der Komponenten des Antriebsstrangs entscheidend. Die Kühlung erfolgt effizient mit wenig Energieaufwand über die Umgebungsluft. Das Kühlmittel reduziert dabei die Temperatur der Hochvoltbatterie, der Elektromotoren und der Leistungselektronik. Alternativ kann die Batterie als besonders sensibler Teil des Antriebsstrangs bei höheren Umgebungstemperaturen durch den Kältemittelkreislauf gekühlt werden. Bei der Kühlung über den Kältemittelkreislauf kommt ein Wärmetauscher zum Einsatz. Er überträgt die Wärme zwischen Kältemittel- und Batteriekreislauf, einem besonderen Teil des Kühlmittelkreislaufs, und senkt so die Temperatur des Kühlmittels.

Für mehr Komfort und Reichweite sorgt die Luftwärmepumpe im Q6 e-tron. Zum Hintergrund: Die gestiegene Effizienz im Antriebstrang führt zu geringeren Wärmeverlusten, sprich, es entsteht weniger Abwärme. Um diesen Effekt zu kompensieren, wurde die Wasser-Glykol-Wärmepumpe um eine Luftwärmepumpe ergänzt. So kann neben der Abwärme im Kühlmittel der Elektromotoren, Leistungselektronik und Batterie auch noch die Umgebungsluft als Heizquelle für den Innenraum genutzt werden. Der Temperaturaustausch erfolgt nun über ein Heizregister, der die Wärme direkt dem Innenraum des Fahrzeugs zuführt. Als effektive Ergänzung wurde zusätzlich ein 800-Volt Luft-PTC-Heizer entwickelt, der bei erhöhtem Heizbedarf die Innenraumtemperierung unterstützt. Auf diese Weise werden Wärmeverluste vermieden, wie sie etwa bei wassergeführten Heizkreisen entstehen. Ein weiterer positiver Aspekt des direkten Heizens des Innenraums über die Luftstrecke ist das schnelle Aufheiz-/Ansprechverhalten und damit eine spürbare Komfortsteigerung für den Kunden, sowohl bei der Temperatursteigerung des Innenraums in kürzerer Zeit als auch beim Freimachen der Windschutzscheibe durch Beschlag, Schnee oder Eis.

Überzeugende Ladeperformance

Weiterer wesentlicher Bestandteil des Produkterlebnisses ist die Ladeperformance des Audi Q6 e-tron. Ein ausgeklügeltes Thermomanagement der Hochvoltbatterie, das 800-Volt-Bordnetz sowie dessen Ökosystem, machen das Laden zu einem bequemen Rundum-Sorglos-Erlebnis. So reichen dem Audi Q6 e-tron bereits zehn Minuten an einer Schnellladesäule, um unter idealen Bedingungen bei einer maximalen Ladeleistung von bis zu 270 kW eine Reichweite von bis zu 255 Kilometern zu generieren. Um die Hochvoltbatterie von 10 auf 80 Prozent aufzuladen, genügen lediglich 21 Minuten. Wenn eine Ladesäule mit 400-Volt-Technik arbeitet, ist erstmals bei Audi mit dem Q6 e-tron das sogenannte Bankladen möglich. Dabei wird die 800-Volt-Batterie automatisch in zwei Batterien mit gleicher Spannung geteilt, die sich dann parallel mit bis zu 135 kW aufladen lassen. Beide Batteriehälften werden je nach Ladezustand zuerst angeglichen und dann gemeinsam geladen. Eine neue, integrierte Kühlplatte mit U-Flow-Architektur sorgt für eine homogene Wärmeübertragung und Temperaturverteilung. Dabei orientiert sich die Ladestrombegrenzung immer an den wärmsten Zellen.

An einer AC-Ladesäule oder Wallbox lädt der Audi Q6 e-tron serienmäßig mit bis zu 11 kW Leistung. Damit ist eine leere Batterie über Nacht wieder gefüllt. Das AC-Laden mit 22 kW bietet Audi zu einem späteren Zeitpunkt optional an. Die Ladeklappen lassen sich über das MMI-Display oder an der Klappe selbst elektrisch öffnen. Nachdem das Ladekabel abgezogen wurde, schließt die Ladeklappe automatisch. Zudem profitieren alle Fahrer_innen vollelektrischer Audi Modelle vom Ladedienst Audi charging und nicht zuletzt vom immer dichter werdenden Netz des innerstädtischen Schnellladekonzepts Audi charging hub.

Das Lademanagement unterstützt den internationalen Ladestandard CCS (Combined Charging System). Für schnelle und zuverlässige Ladevorgänge sorgt im Rahmen der neuen Domänenrechnerstruktur der Elektronikarchitektur E³ 1.2 der Hochleistungsrechner HCP5. Ein Kommunikationssteuergerät, das Smart Actuator Charging Interface Device (SACID), verbindet als Informationsschnittstelle die Ladedose mit der Ladesäule und leitet die einkommenden standardisierten Informationen an den Domänenrechner HCP5 weiter.

Für die PPE-Modelle sieht Audi für den europäischen Markt DC- und AC-Lademöglichkeiten über eine serienmäßige CCS-Kombidose auf der hinteren linken Seite des Fahrzeugs vor. Auf der gegenüberliegenden Fahrzeugseite ist ein zusätzlicher AC-Ladeanschluss verbaut. Zur Serienausstattung der Q6 e-tron Baureihe gehört die bereits bekannte Plug & Charge-Funktion. An kompatiblen Ladesäulen autorisiert sich das Fahrzeug beim Einstecken des Ladekabels selbst und schaltet den Ladevorgang an der Säule frei. Die Abrechnung erfolgt dann ebenfalls vollautomatisch.

Intelligente Berechnung: der e-tron Routenplaner

Der e-tron Routenplaner, ein Dienst von Audi connect, errechnet die schnellste Route mit möglichst kurzen Ladestopps. Dabei geht er von der Gesamtreisedauer aus, also Fahrzeit und Ladedauer, wobei er Prognosen über die Verkehrssituation und die Belegung der Ladepunkte berücksichtigt. In jedem Fall plant er die Teilstrecken zwischen den Ladestopps so, dass Fahrende möglichst rasch ans Ziel kommen – dafür kann er schon einmal zwei kurze Ladevorgänge mit hoher Leistung statt eines langen langsamen Ladevorgangs empfehlen. Das Verzeichnis der Ladepunkte wird täglich aktualisiert.

Die Routenplanung lässt sich entweder im Fahrzeug oder im Vorfeld der Reise komfortabel über die myAudi App steuern. Nutzer_innen erhalten grundsätzliche Informationen wie Ladeleistung oder Ladeanschlüsse und Steckertyp für die jeweiligen Ladepunkte. Ebenso zeigt das System etwa an, ob Ladesäulen frei oder belegt sind. Auch alternative Strecken mit besserer Ladeinfrastruktur werden für die Kalkulation der optimalen Gesamtreisezeit berücksichtigt. Die tagesaktuellen Daten umfassen unter anderem Detailinformationen wie die Bezahl- und Authentifizierungsmöglichkeiten, genaue Betreiberdaten sowie eventuelle Zugangsbeschränkungen. Der e-tron Routenplaner bevorzugt die leistungsfähigen HPC-Ladestationen.

Die angegebenen Ausstattungen, Daten und Preise beziehen sich auf das in Deutschland angebotene Modellprogramm. Änderungen und Irrtümer vorbehalten.