Intelligentes Thermomanagement für schnelles Laden

Eine hohe Reichweite ist einer der zentralen Ansprüche, die Kund_innen an ein Elektrofahrzeug haben. Mindestens genauso wichtig ist aber, vor allem bei der Fahrt in den Urlaub oder beruflichen Langstreckenfahrten: Wie schnell lässt sich die Hochvoltbatterie aufladen? Denn genau wie die Beschleunigung viel mehr über das Fahrgefühl eines Fahrzeugs aussagt als die mögliche Maximalgeschwindigkeit, ist die Ladekurve beim Schnellladen wichtiger als die maximale Ladeleistung.

Hier punktet der Audi Q8 e-tron³ mit einer im Wettbewerbsumfeld einzigartigen Ladekurve. Sie verläuft auf hohem Niveau – das bedeutet, dass selbst bis zu einem Ladezustand von 80 Prozent der Strom noch mit hoher Ladeleistung fließt. Das Hochvolt-Batteriesystem des neuen Audi Q8 e-tron³ arbeitet dazu mit einer Nominalspannung von 396 Volt. Im Audi SQ8 e-tron⁴ hat die Batterie zum Beispiel eine Speicherkapazität von 106 kWh netto (brutto 114 kWh).

Weil bei höherer Batteriekapazität mit mehr Ladeleistung gearbeitet werden kann, erreicht der Audi SQ8 e-tron⁴ am CCS-Schnelllader (Combined Charging System) eine maximale Ladeleistung von bis zu 170 kW. Bei einem Ladestopp lässt sich das Fahrzeug so in ungefähr 31 Minuten von 10 auf 80 Prozent laden. In zehn Minuten an einer HPC-Ladesäule (High Power Charging) werden beim Audi SQ8 e-tron⁴ bis zu 104 Kilometer Reichweite nachgeladen. Diese nach WLTP ermittelten Werte gelten für Audi SQ8 e-tron SUV⁴ und Sportback² gleichermaßen.

Grundlage für eine gute Performance eines Elektrofahrzeugs beim Fahren und Laden ist ein ausgeklügeltes Thermomanagement der Hochvoltbatterie. Dieses sorgt dafür, dass die Batterie des Audi Q8 e-tron³ ihren optimalen Effizienzbereich von 25 bis 35 Grad Celsius zügig erreicht und während der Fahrt in diesem Temperaturfenster bleibt – vom Kaltstart im Winter bis zu schnellen Autobahnfahrten an heißen Sommertagen. Damit die Lithium-Ionen-Batterie auch über einen längeren Zeitraum und bei hohen Außentemperaturen ihre volle Leistung selbst bei sportlicher Fahrweise zuverlässig zur Verfügung stellen kann, wird sie von einem flüssigkeitsbasierten Kühlsystem im idealen Temperaturbereich gehalten.

Das intelligente Thermomanagement umfasst vier Kreisläufe, die abhängig von Betriebszustand und Fahrsituation gekoppelt werden und permanent den Temperaturzustand relevanter Systemkomponenten optimieren: Es kühlt die E-Maschinen samt ihrer Rotoren, die Leistungselektroniken und das Ladegerät. Darüber hinaus reguliert das Thermomanagement des Audi Q8 e-tron³ die Temperatur im Innenraum sowie die der Hochvoltbatterie.

Das Kühlsystem ist vom Batterie-Zellraum getrennt und besteht aus flachen Aluminium-Strangpressprofilen, die in kleine Kammern aufgeteilt sind. Der Wärmeaustausch zwischen den Batteriezellen zu dem unterhalb angebrachten Kühlsystem erfolgt über ein gut wärmeleitendes Spezialmaterial mit der Konsistenz einer Gummimatte, das unter jedes Zellmodul gepresst wird und die Abwärme gleichmäßig über das Batteriegehäuse in das Kühlmittel führt. In den rund 40 Meter langen Kühlwasserleitungen des Audi Q8 e-tron³ zirkulieren 22 Liter Kühlmittel. Übrigens nutzt die serienmäßige Wärmepumpe die unvermeidbar anfallende Abwärme der E-Motoren effizient für die Aufheizung und Klimatisierung des Innenraums, bis zu 3 kW der eigentlichen Verlustleistungen werden so verwertet. Damit kann die Wärmepumpe im Alltagsbetrieb zu Reichweitenvorteilen beitragen.

Ein intelligentes Thermomanagement ist auch Voraussetzung für eine hohe und reproduzierbare Performance an der Schnellladesäule. Denn für maximale Ladeleistung und minimale Ladezeit muss sich die Hochvoltbatterie in einem idealen Temperaturbereich befinden. Bei Bedarf wird die Hochvoltbatterie des Audi e-tron GT quattro⁵ und des Audi RS e-tron GT⁶ auf diesen Temperaturbereich vortemperiert. Für eine aktive Vorkonditionierung ist das Thermomanagement des Audi e-tron GT quattro⁵ und des Audi RS e-tron GT⁶ mit dem Navigationssystem vernetzt. Wenn der Fahrer oder die Fahrerin eine HPC-Säule als Ziel gewählt hat, wird die Kühlung der Batterie schon während der Anfahrt intensiviert, damit sie an der Säule möglichst schnell geladen werden kann. Sollte die Batterie im Winter kurz nach dem Start noch sehr kalt sein, wird sie für das schnelle Laden erwärmt.

Andererseits hilft der Kältemittelkreis auch beim Kühlen, denn schnelles Gleichstrom-Laden kann die Batterie bis auf 50 Grad Celsius erwärmen. Die während des Ladens entstehende Wärme der Batterie wird an den Kältemittelkreislauf abgeführt. Dieser sorgt auch im Stand mithilfe des geöffneten, steuerbaren Kühllufteinlasses und des aktivierten Lüfters für eine optimale Anströmung des Kondensators. Ein intelligentes Thermomanagement trägt auch zur Langlebigkeit der Batterie bei. Dem fortschreitenden Alterungsprozess der Batterie wirkt die Steuerungssoftware für den Ladeprozess entgegen. Die Software passt die Ströme und Spannungen je nach Alter und verbleibender Kapazität so an, dass die Batterie beim Laden nicht überlastet wird.

Die hohe Systemspannung von circa 800 Volt beim Audi e-tron GT quattro⁵ und beim Audi RS e-tron GT⁶ ermöglicht eine starke Dauerleistung und verkürzt die Ladedauer. An einer Gleichstromsäule (DC) mit 800 Volt Spannung, etwa im europäischen Schnellladenetz von Ionity, erzielt der Audi e-tron GT quattro⁵ in der Spitze bis zu 270 kW Ladeleistung. Damit kann er unter optimalen Bedingungen in gut fünf Minuten Energie für bis zu 100 Kilometer Strecke nachladen, eine Ladung von 5 auf 80 Prozent SoC (State of Charge) dauert unter idealen Bedingungen nur 22,5 Minuten. Bei so kurzen Ladestopps ist der Strom für eine Strecke viel schneller geladen, als man ihn für die Fahrt dieser Strecke verbraucht.