Wydajny, kompaktowy i inteligentny: akumulator wysokonapięciowy dla platformy PPE

Wydajny, kompaktowy i inteligentny: akumulator wysokonapięciowy dla platformy PPE

Przy produkcji serii Audi Q6 e-tron, na powierzchni około 30 tys. metrów kwadratowych, codziennie montowanych jest około 1000 akumulatorów wysokiego napięcia (HV). Łącznie około 300 pracowników pracuje przy montażu na trzy zmiany. Stopień automatyzacji wynosi ok. 90 proc. Czas produkcji każdego akumulatora wysokonapięciowego spada z około dwóch godzin do zaledwie 55 minut. W porównaniu z dotychczas stosowanymi przez Audi systemami, akumulator do PPE składa się tylko z dwunastu modułów zawierających łącznie 180 ogniw pryzmatycznych. Dla porównania: akumulator HV w Q8 e-tron składa się z 36 modułów i 432 ogniw. Znaczne powiększenie ogniw ściśle odpowiada napięciu systemowemu 800 V, aby osiągnąć najlepszą możliwą równowagę między zasięgiem a wydajnością ładowania.

W przypadku PPE stosunek niklu do kobaltu i manganu w ogniwach wynosi około 8:1:1, przy zmniejszonym udziale kobaltu i zwiększonym udziale niklu, co ma szczególne znaczenie dla gęstości energii.

Zmniejszenie liczby modułów baterii PPE niesie ze sobą wiele korzyści. Akumulator, który może być używany modułowo w modelach wysokopodłogowych i z płaską podłogą, wymaga mniej miejsca na instalację, jest lżejszy i można go lepiej zintegrować ze strukturą zderzeniową pojazdu oraz układem chłodzenia. Wymaga również mniejszej liczby kabli i złączy wysokiego napięcia. Liczba mocowań na śruby została znacznie zmniejszona. Ponadto połączenia elektryczne między modułami są krótsze, co istotnie zmniejsza straty i wagę. Płyta chłodząca zintegrowana z obudową akumulatora zapewnia jednorodne odprowadzanie ciepła, a tym samym niemal optymalne utrzymanie akumulatora w dobrym stanie. Ochronne listwy boczne wykonane z formowanej na gorąco stali nie są przymocowane do akumulatora, lecz bardzo solidnie przytwierdzone do nadwozia. Nowa jest również obudowa podwozia wykonana z włókna kompozytowego. Taka konstrukcja dodatkowo zmniejsza masę i poprawia izolację termiczną między akumulatorem a otoczeniem. Pozwala to na bardziej wydajne ogrzewanie lub chłodzenie akumulatora PPE.

Pojemność akumulatora 100 kWh i moc ładowania do 270 kW

Akumulator HV dla PPE została opracowana od podstaw, a jej struktura znacznie uproszczona. Jest on wyposażony w dwanaście modułów i 180 ogniw, a jego pojemność wynosi 100 kWh brutto (94,9 netto). Na każdy moduł przypada 15 ogniw elektrochemicznych połączonych szeregowo. Maksymalna moc ładowania akumulatora o pojemności 100 kWh wynosi 270 kW. Wariant o pojemności 83 kWh jest również dostępny dla serii Audi Q6 e-tron. Składa się on z 10 modułów i 150 ogniw. Dzięki zoptymalizowanej chemii ogniw i efektywnemu zarządzaniu termicznemu, akumulator 100 kWh można naładować od 10 do 80 procent w 21 minut na stacji szybkiego ładowania. Naładowanie akumulatora do zasięgu 255 km jest możliwe w zaledwie dziesięć minut.

Kontroler zarządzania baterią (BMC), centralna jednostka sterująca opracowana specjalnie dla PPE, odpowiada za kontrolę prądu wymaganą do szybkiego i oszczędzającego akumulator ładowania. BMC jest całkowicie zintegrowany z baterią HV. Podczas ciągłego monitorowania, dwanaście kontrolerów modułów ogniw (CMS) wysyła dane, takie jak aktualna temperatura modułu lub napięcie ogniwa do BMC. Następnie informacje, na przykład dotyczące zmiany stanu (SoC), trafiają do komputera HCP 4 (część nowej architektury elektronicznej E3 1.2). Ten z kolei wysyła dane do nowego systemu zarządzania termicznego, który reguluje obieg chłodzenia lub ogrzewania w zależności od potrzeb, aby zapewnić optymalną wydajność akumulatora.

Jeśli stacja ładowania działa w technologii 400 V, po raz pierwszy możliwe jest ładowanie bankowe. Akumulator 800 V jest automatycznie dzielony na dwa akumulatory o równym napięciu, które mogą być następnie ładowane równolegle z mocą do 135 kW. Obie połówki akumulatora są najpierw doprowadzane do tego samego poziomu naładowania, a następnie ładowane razem.

Wydajne zarządzanie temperaturą zapewnia krótszy czas ładowania, większy zasięg i dłuższą żywotność

Inteligentne zarządzanie temperaturą zapewnia istotny wkład w wysoką wydajność ładowania i długą żywotność akumulatora HV w PPE. Najważniejszym elementem jest przewidujące zarządzanie temperaturą, które wykorzystuje dane z nawigacji, trasy, zegara odjazdu i zachowania klienta w zakresie użytkowania, aby z wyprzedzeniem obliczyć zapotrzebowanie na chłodzenie lub ogrzewanie, a także aby dostosować je zarówno pod względem wydajności, jak i czasu. Jeśli klient jedzie do stacji ładowania HPC znajdującej się na zaplanowanej trasie, predykcyjne zarządzanie temperaturą przygotowuje proces ładowania prądem stałym i chłodzi lub ogrzewa akumulator, aby mógł ładować się szybciej, skracając w ten sposób czas ładowania.

Jeśli przed pojazdem znajduje się stromy podjazd, system zarządzania temperaturą dostosowuje temperaturę akumulatora HV poprzez odpowiednie chłodzenie, aby zapobiec większemu obciążeniu termicznemu.

Jeśli kierowca nie dostarczy żadnych informacji, na podstawie których można uzyskać dane predykcyjne, standardowy algorytm reguluje zarządzanie temperaturą akumulatora HV. Zbiera on również wiele informacji i reaguje na sytuację na drodze. Jeśli na przykład kierowca wybrał tryb wydajności w menu, chłodzenie akumulatora jest aktywowane później, a rzeczywisty zasięg może zostać zwiększony w zależności od stylu jazdy. W trybie dynamicznym celem jest optymalna wydajność. Jeśli jednak aktualna sytuacja na drodze nie pozwala na dynamiczną jazdę, system zarządzania temperaturą zareaguje na to i zminimalizuje zużycie energii na chłodzenie akumulatora.

Chłodzenie końcowe i ciągłe są również nowością w zarządzaniu temperaturą PPE. Funkcje te monitorują temperaturę akumulatora przez cały okres eksploatacji samochodu, dzięki czemu akumulator jest utrzymywany w optymalnym zakresie temperatur, nawet gdy pojazd się nie porusza – na przykład w przypadku wysokich temperatur zewnętrznych. Ten środek również przyczynia się do wydłużenia żywotności akumulatora.

Dzięki wysokiej jednorodności temperatury w akumulatorze można zwiększyć jego wydajność – dlatego płyn chłodzący jest kierowany poniżej modułów zgodnie z zasadą przepływu w kształcie litery U. Płyta chłodząca akumulatora jest również elementem konstrukcyjnym akumulatora, co pozwala wyeliminować dodatkowy panel podłogowy w przestrzeni HV obudowy akumulatora i zoptymalizować połączenie termiczne z modułami za pomocą pasty przewodzącej ciepło.