Modulbauweise für Elektrofahrzeuge

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Ingolstadt, 18. Oktober 2012 – Nach drei Jahren hat Audi das Forschungsprojekt "e performance" abgeschlossen. Ziel des am 1. Oktober 2009 gestarteten Projekts war eine in der Größe anpassbare Systemarchitektur für elektrisch angetriebene Autos vom Sportwagen über die Limousine bis zum City-Auto. Gefordert war ein flexibler Technikbaukasten inklusive Plug-In-Hybridantrieb. Zusammen mit Bosch und mehreren Instituten der Rheinisch-Westfälischen Technischen Hochschule Aachen (RWTH) entwickelte Audi die Module des Baukastens, die in unterschiedlichen elektrisch angetriebenen Automobilen eingesetzt werden können.

Elektrofahrzeug in Modulbauweise

„e performance“ war in Arbeitspakete vom Energiespeicher über Bedienkonzepte bis hin zur Fahrdynamikregelung aufgeteilt. Als Technologieträger entstand ein fahrfähiges Auto, der so genannte F12. Damit wird natürlich weder auf den legendären DKW F12 Bezug genommen, obwohl der Dreizylinder-Zweitakter ja zum Erbmaterial von Audi zählt, noch ist damit der neue Super-Ferrari mit 12 Zylindern gemeint. Der Sportwagen wird rein elektrisch angetrieben und sieht von außen aus wie ein serienmäßiger Audi R8. Mit dem e-tron, der Ende des Jahres auf die Straße kommt, hat er außer der Karosserie nichts gemein. Innerhalb des modularen Systembaukastens repräsentiert der F12 die Ausführung "e Sport". Das Forschungsfahrzeug, etwa 1650 Kilogramm schwer, erzielt sportliche Fahrleistungen. Es beschleunigt in weniger als sieben Sekunden von null auf 100 km/h. Die Spitze liegt bei elektronisch begrenzten 180 km/h, die Reichweite bei zirka 200 km.

Dreimotoriger Technologieträger

Beim Antrieb des F12 wirken drei Elektromotoren unterschiedlicher Bauart zusammen. Bei langsamer Fahrt ist nur die Synchronmaschine an der Vorderachse aktiv, bei höherem Tempo kommen die leistungsoptimierten Asynchronmotoren an der Hinterachse mit ins Spiel. Gemeinsam erzielen die drei E-Maschinen 150 kW Leistung und 550 Nm Drehmoment. Neu im F12 ist das schaltbare Hochvolt-Bordnetz. Die beiden Batterien liefern mit 144 beziehungsweise 216 Volt unterschiedliche Ausgangsspannungen; ein Gleichstrom-Wandler (DC/DC) regelt die erforderliche einheitliche Systemspannung. Im Teillastbereich liegt sie bei effizienten 200 Volt, mit steigender Leistungsanforderung erreicht sie bis zu 440 Volt.

Traktionsbatterie als Crashbox

Ein anderer Schwerpunkt des Projekts war die Hochvolt-Batterie. Im F12 besteht sie aus zwei separaten Blöcken mit insgesamt mehr als 38 kWh Kapazität, die aus 200 Makrozellen bestehen. Die flüssigkeitsgekühlten Akkus wiegen etwa 400 Kilogramm; sie bestehen wiederum aus insgesamt 5200 zylindrischen Lithium-Ionen-Zellen, wie sie in der Consumer-Elektronik gängig sind. Die 200 Makrozellen lassen sich mit ihren schrägen Wänden gegeneinander verschieben und helfen die Crashsicherheit zu verbessern: Bei einem Aufprall absorbieren Aluminiumstrangpressprofile im Batteriesystem einen Teil der Aufprallenergie. Dieses innovative Sicherheitskonzept hält laut Berechnungen und ersten Versuchen auf Komponentenebene sogar einem seitlichen Pfahlaufprall stand. Der F12 besitzt zudem ein Thermomanagement für Antrieb und Innenraum. Eine Wärmepumpe temperiert die Batterien situationsgerecht und nutzt die Akkus gleichzeitig als Restwärmespeicher, um bei der nächsten Fahrt den Innenraum energiesparend aufheizen zu können.

Experimentell ist auch das Bedienkonzept. Der Fahrer des F12 steuert Parken, Rückwärtsfahren, Leerlauf und Vorwärtsfahren mit Tasten auf der Mittelkonsole. Alle weiteren Bedienschritte laufen über einen Tablet-Computer, der sich aus der Mittelkonsole herausnehmen lässt. Ein frei programmierbares Kombiinstrument stellt alle wichtigen Informationen hochauflösend dar.

Viele Projektbeteiligte

Der F12 entstand im Rahmen eines Forschungsprojektes des Bundesministeriums für Bildung und Forschung. Das Projektvolumen betrug 36 Millionen Euro. Ingenieure von Audi, der Tochtergesellschaft Audi Electronics Venture GmbH (AEV) und Wissenschaftler der Institute ika, ISEA und IEM der RWTH Aachen bildeten das Kernteam. Weitere externe Spezialisten aus den Technischen Universitäten in München, Dresden und Ilmenau, der Leibniz Universität Hannover und den Fraunhofer Instituten IISB und IESE unterstützten das Team wissenschaftlich. Industriepartner waren die Robert Bosch GmbH und die Bosch Engineering GmbH.

Auch nach der Fertigstellung des F12 werden die Partnerschaften weiterlaufen – die ersten Nachfolgeprojekte, die sich auf spezielle Technikthemen konzentrieren, sind bereits gestartet. Einzelne Lösungen, wie die CFK-Einhausung für die Heckbatterie, haben gute Aussichten auf eine spätere Serienfertigung.