Krachtig, compact en slim: de hoogspanningsbatterij voor het Premium Platform Electric

• Volledig herontwikkelde hoogspanningsbatterij met hoge energiedichtheid vereist minder installatieruimte
• Twaalf modules met 180 prismatische cellen, slim thermisch beheer en 800V-architectuur verbeteren de oplaadprestaties
• Batterijlay-out maakt assemblage van meer batterijen in kortere tijd mogelijk

De Q6 e-tron-modelreeks, gebouwd in Ingolstadt, is het eerste volledig elektrische model dat in grote volumes wordt geproduceerd op de Duitse Audi-locatie. Tegelijkertijd consolideert het merk met de vier ringen op zijn hoofdzetel nieuwe vaardigheden en technologieën met de assemblage van de nieuw ontwikkelde hoogspanningsbatterij voor het Premium Platform Electric (PPE). Dankzij de nieuwe batterijassemblage vergroot Audi geleidelijk het verticale productiebereik voor volledig elektrische modellen en doet de ervaring op voor de latere productie van batterijmodules.

Als onderdeel van de productie van de Audi Q6 e-tron-modelreeks worden dagelijks ongeveer 1.000 hoogspanningsbatterijen (HV) geassembleerd op een oppervlakte van ongeveer 30.000 vierkante meter. In totaal werken er ongeveer 300 werknemers in drie ploegen aan de assemblage van batterijen. De automatiseringsgraad loopt op tot ongeveer 90 procent. Voor elke hoogspanningsbatterij daalt de productietijd van ongeveer twee uur naar slechts 55 minuten. Vergeleken met de batterijsystemen die Audi tot nu toe heeft gebruikt, bestaat de batterij voor het PPE uit slechts 12 modules met in totaal 180 prismatische cellen. Ter vergelijking: de hoogspanningsbatterij in de Q8 e-tron (stroomverbruik (gecombineerd) in kWh/100 km: 24.4 - 20.1 (WLTP); CO₂-uitstoot (gecombineerd) in g/km: 0) bestaat uit 36 modules en 432 cellen. De aanzienlijke vergroting van de cellen hangt nauw samen met de systeemspanning van 800 volt om de best mogelijke balans tussen rijbereik en oplaadprestaties te bereiken.

Voor het PPE bedraagt de verhouding tussen nikkel, kobalt en mangaan in de cellen ongeveer 8:1:1, met een verlaagd aandeel kobalt en een verhoogd aandeel nikkel, wat van bijzonder belang is voor het milieu.

De vermindering van het aantal modules voor de PPE-batterijen biedt een reeks voordelen. De batterij, die modulair kan worden gebruikt voor modellen met een hoge vloer en modellen met een vlakke vloer, vereist minder installatieruimte, is lichter en kan beter worden geïntegreerd in de botsstructuur en het koelsysteem van het voertuig. Er zijn ook minder kabels en hoogspanningsconnectoren nodig. Het aantal schroefbevestigingen is aanzienlijk verlaagd. Bovendien zijn de elektrische verbindingen tussen de modules korter, wat de verliezen en het gewicht aanzienlijk beperkt. Een in de batterijbehuizing geïntegreerde koelplaat zorgt voor een homogene warmteoverdracht en dus voor een bijna-optimale conditionering van de batterij. De beschermende zijskirts van warmgevormd staal zitten niet vast aan de batterij, maar zijn zeer stevig bevestigd aan het koetswerk. De bodembekleding van vezelcomposietmateriaal is eveneens nieuw. Die constructie draagt bij tot nog meer gewichtsbesparing en verbetert de thermische isolatie tussen de batterij en de omgeving. Daardoor kan de batterij van het PPE efficiënter worden verwarmd of afgekoeld.

Batterijcapaciteit van 100 kWh en oplaadvermogen tot 270 kW
​De hoogspanningsbatterij voor het PPE is volledig herontwikkeld en de structuur is vereenvoudigd. Ze is uitgerust met 12 modules en 180 cellen en heeft een bruto-opslagcapaciteit van 100 kWh (94,9 netto). Voor elke module zijn 15 elektrochemische cellen in serie geschakeld. Het maximale oplaadvermogen voor de 100kWh-batterij bedraagt 270 kW. Voor de Audi Q6 e-tron-modelreeks is ook een variant met een capaciteit van 83 kWh beschikbaar. Die bestaat uit 10 modules en 150 cellen. Dankzij haar geoptimaliseerde celchemie en krachtige thermische beheer kan de 100kWh-batterij in 21 minuten van 10 tot 80 procent worden opgeladen aan een geschikt snellaadstation. Een rijbereik tot 255 kilometer bijladen is mogelijk in slechts tien minuten.

De batterijmanagementcontroller (eBMC), een centrale besturingseenheid die speciaal is ontwikkeld voor het PPE, is verantwoordelijk voor het stroombeheer dat nodig is voor snel en batterijvriendelijk opladen. De eBMC is volledig geïntegreerd in de hoogspanningsbatterij. In het kader van een permanente monitoring sturen de twaalf celmodulecontrollers (CMS) gegevens zoals de momentane moduletemperatuur of de celspanning naar de eBMC, die zijn informatie, bijvoorbeeld over de laadstatus (SoC), doorstuurt naar de high-performance computer HCP4 (onderdeel van de nieuwe elektronica-architectuur E³ 1.2). Die computer stuurt op zijn beurt gegevens naar het nieuwe voorspellende thermische beheer, dat de koel- of verwarmingscirculatie regelt met het oog op optimale batterijprestaties.

Aan een laadstation dat met 400V-technologie werkt, is voor het eerst ‘bank charging’ mogelijk. De 800V-batterij wordt automatisch verdeeld in twee batterijen met dezelfde spanning, die vervolgens parallel kunnen worden opgeladen met maximaal 135 kW. Beide helften van de batterij worden eerst op hetzelfde oplaadniveau gebracht en vervolgens samen opgeladen.

Efficiënt thermisch beheer voor een kortere oplaadtijd, een groter rijbereik en een langere levensduur
​Slim thermisch beheer levert een essentiële bijdrage tot de hoogstaande oplaadprestaties en lange levensduur van de hoogspanningsbatterij in het PPE. Het belangrijkste onderdeel is het voorspellende thermische beheer, dat gegevens van de navigatie, de route, de vertrektimer en het gebruiksgedrag van de klant aanwendt om de behoefte aan koeling of verwarming vooraf te berekenen en deze zowel efficiënt als op het juiste moment te leveren. Als een klant naar een HPC-laadstation rijdt dat deel uitmaakt van de geplande route, bereidt het voorspellende thermische beheer het DC-oplaadproces voor en koelt of verwarmt het de batterij in die mate dat ze sneller kan opladen, waardoor de oplaadtijd wordt ingekort. Als er een steile helling op de route ligt, past het thermische beheer de temperatuur van de hoogspanningsbatterij aan door middel van de juiste koeling om een hogere thermische belasting te voorkomen.

Als de klant geen informatie verstrekt waaruit voorspellende data kunnen worden afgeleid, regelt een standaardalgoritme het thermische beheer van de hoogspanningsbatterij. Dat algoritme verzamelt ook heel wat informatie en reageert op de rijsituatie. Als de bestuurder bijvoorbeeld de efficiency-modus heeft geselecteerd in het keuzemenu, wordt de conditionering van de batterij later geactiveerd en kan het reële rijbereik worden vergroot, afhankelijk van het rijgedrag. In de dynamic-modus wordt gemikt op optimale prestaties. Als de verkeerssituatie echter geen dynamische rijstijl toelaat, zal het thermische beheer daarop reageren en het energieverbruik minimaliseren voor het conditioneren van de batterij.

Postconditionering en continue conditionering zijn ook nieuw in het thermische beheer van het PPE. Die functies bewaken de batterijtemperatuur gedurende de hele levensduur van de auto, zodat de batterij in het optimale temperatuurbereik wordt gehouden, zelfs wanneer het voertuig stilstaat – bijvoorbeeld bij hete buitentemperaturen. Deze maatregel draagt ook bij tot een langere levensduur van de batterij.

Door de hoge temperatuurhomogeniteit binnen in de batterij kunnen de prestaties worden verhoogd. Daarom wordt de koelvloeistof onder de modules geleid volgens het U-stroomprincipe. De koelplaat van de batterij is ook een structureel onderdeel van de batterij, waardoor een extra vloerpaneel in de hoogspanningsruimte van de batterijbehuizing kan worden geëlimineerd en de thermische verbinding met de modules kan worden geoptimaliseerd met behulp van een warmtegeleidende pasta.