Akumulatory wysokonapięciowe Audi: najwyższa jakość i wyjątkowa żywotność

Około 90% oryginalnej pojemności po 160 000 km i około 88% po 200 000 km – to uśrednione dane dla Audi e-tron po pięciu latach użytkowania. Taka trwałość akumulatorów wysokonapięciowych to naprawdę mocny atut pojazdów elektrycznych Audi. Znacznie przewyższa ona wartość, którą Audi gwarantuje nabywcom nowych w pełni elektrycznych samochodów – czyli 70% pojemności netto po maksymalnie ośmiu latach lub 160 000 km. Wartości te zostały określone na podstawie danych eksploatacyjnych z setek tysięcy samochodów elektrycznych Audi użytkowanych przez klientów na całym świecie, w wielu różnych strefach klimatycznych, od 2019 roku.

Josef Gandlgruber, inżynier ds. symulacji cyklu życia akumulatorów i data science, a tym samym ekspert od danych, z satysfakcją  zauważa: „Tak, na podstawie aktualnych danych widzimy, że akumulatory są bardzo wytrzymałe”. Dane dotyczące codziennego praktycznego użytkowania są niezwykle ważne dla inżynierów Audi. „Nasze akumulatory są projektowane z myślą o różnych ekstremalnych scenariuszach. Na podstawie tych danych wyciągamy wnioski na temat tego, jak intensywnie nasi klienci korzystają z akumulatorów. Pozwala nam to lepiej zoptymalizować ich działanie pod kątem praktycznego użytkowania, co ostatecznie ma również pozytywny wpływ na ich cenę i wydajność” – podkreśla inżynier Audi.

Prace nad optymalizacją akumulatorów wysokonapięciowych prowadzone są nie tylko w zakładzie w Neckarsulm, ale także w centrum rozwoju technologii akumulatorów Audi w Gaimersheimie nieopodal Ingolstadt. To tutaj odbywają się testy i symulacje związane z mechanizmami zużywania się pojedynczych ogniw, modułów (składających się z 15 ogniw) i całych systemów akumulatorów (12 modułów ogniw). Dr Bernhard Rieger, ekspert ds. integracji ogniw, zajmujący się rozwojem zarówno ogniw, jak i oprogramowania akumulatorów, zapewnia, że systemy te są zoptymalizowane pod kątem żywotności, bezpieczeństwa oraz wydajności: „Ogniwo PPE, instalowane we wszystkich pojazdach budowanych na platformie Premium Platform Electric, jest dostosowane do potrzeb naszych klientów premium. Naszym celem jest optymalne połączenie wysokiej gęstości energii, zapewniającej duży zasięg na długich trasach, oraz doskonałej wydajności ładowania”. W przypadku pojazdów budowanych na platformie PPE oznacza to, że czas potrzebny na naładowanie akumulatora od 10 do 80% wynosi około 21 minut, a zasięg WLTP to około 600 km dla Audi Q6 e-tron i 700 km dla Audi A6 e-tron.

Aby lepiej zrozumieć, jak ogniwa akumulatora reagują przy maksymalnym obciążeniu, inżynierowie Audi doprowadzają je do granic możliwości. Przeprowadzają testy i symulacje zachowania akumulatorów we wszystkich istotnych scenariuszach użytkowania: przy częstej i rzadkiej jeździe, częstym korzystaniu z funkcji szybkiego ładowania, jeździe i parkowaniu przy wysokim stanie naładowania, a także w różnych strefach klimatycznych. Test cyklicznego zużywania się akumulatora obejmuje test wysokiego przebiegu, podczas którego moduły ogniw są eksploatowane naprzemiennie z szybkim i standardowym ładowaniem. Zużywanie związane z upływem czasu oblicza się przy użyciu modelu termicznego. Ogniwa są testowane w różnych temperaturach, aż do 60°C, a model zużycia jest zasilany uzyskanymi w pomiarach danymi. „Dzięki temu modelowi możemy symulować zużywanie się akumulatorów w różnych strefach klimatycznych” – wyjaśnia dr Bernhard Rieger. W wysokich temperaturach ogniwa zużywają się szybciej. „Obecnie pracujemy również nad sprzężonymi modelami elektrochemicznymi. Zapewniają nam one lepsze zrozumienie mechanizmów zużywania się akumulatora i oferują nowe możliwości optymalizacji” – dodaje Josef Gandlgruber.

Podczas zwiedzania laboratoriów Rieger zwraca uwagę na stanowisko do testów wytrzymałościowych z cykliczną zmianą temperatury: „Tutaj akumulator jest poddawany naprawdę ekstremalnym temperaturom – od -30 do +60°C. Dostarcza nam to cennych informacji na temat wytrzymałości połączeń termicznych w modułach ogniw”. Te ekstremalne testy badają granice, z którymi kierowcy rzadko spotykają się w codziennym użytkowaniu.

Wszystkie te informacje zgromadzone na stanowisku testowym wpływają na konstrukcję prototypu akumulatora przez ekspertów z centrum rozwoju technologii akumulatorów Audi. Prototypy te są budowane dla każdego nowego pojazdu elektrycznego. Specjaliści Audi już na bardzo wczesnym etapie procesu rozwoju wyposażają akumulatory w ponad 100 czujników temperatury, aby precyzyjnie analizować rozkład temperatury ogniw w układzie akumulatora. Na tym etapie przeprowadzane są również wirtualne symulacje przy użyciu cyfrowych kopii akumulatorów, które także wnoszą ważne dane służące dalszej optymalizacji konstrukcji akumulatora. Gdy akumulator wykazuje wszystkie pożądane właściwości i otrzymuje zielone światło, rozpoczyna się produkcja seryjna, która odbywa się niedaleko laboratoriów, w specjalnej hali produkcyjnej Audi. Codziennie buduje się tam z pojedynczych modułów do 1000 akumulatorów, które są następnie montowane w zbudowanych na platformie PPE samochodach  Audi. Nowe generacje akumulatorów wysokonapięciowych są integrowane z nowymi modelami Audi lub udoskonalonymi wersjami istniejących. A jak specjalista ds. akumulatorów Audi dr Bernhard Rieger ocenia dalszy rozwój akumulatorów? „W chemii ogniw rzeczywiście obserwujemy dynamiczny rozwój. Dzięki temu mogliśmy na przykład zwiększyć pojemność akumulatora wysokonapięciowego z 95 kWh w modelu Audi e-tron do 114 kWh w Audi Q8 e-tron. Pracuję w centrum rozwoju technologii akumulatorów Audi od 12 lat i wciąż co tydzień odkrywamy coś nowego”.