Forschungsprojekt Ideen-Baukasten für die Elektromobilität

Redakteur: Dipl.-Ing. (FH) Thomas Kuther

Nach drei Jahren Arbeit ist das Forschungsprojekt „e performance“ abgeschlossen. Zusammen mit Bosch und mehreren Instituten der Rheinisch-Westfälischen Technischen Hochschule Aachen (RWTH) entwickelte Audi einen Technikbaukasten, der die Elektromobilität wieder ein Stück weiter bringt. Die Module des Baukastens können in unterschiedlichen elektrisch angetriebenen Automobilen eingesetzt werden. Eines davon ist der sportliche Technologieträger e Sport.

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Erfolgreicher Abschluss des e performance Projekthauses
Erfolgreicher Abschluss des e performance Projekthauses
(Bild: Audi AG)

Elektrische Antriebe sind ein Schlüsselthema für die Mobilität der Zukunft. Deshalb startete die Audi AG am 1. Oktober 2009 in den Räumen der Audi Electronics Venture GmbH (AEV) das Projekt e performance. Das Ziel: eine skalierbare Systemarchitektur für elektrisch angetriebene Autos, ein flexibler Technikbaukasten, der auch einen Plug-In-Hybridantrieb beinhaltet. Vom Sportwagen über die Limousine bis zum City-Auto soll der Einsatz reichen.

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Experten aus Industrie und Wissenschaft waren an dem 36-Millionen-Euro-Projekt beteiligt. Die Ingenieure der Audi AG und der Audi Electronics Venture arbeiteten eng mit der Robert Bosch GmbH und der Bosch Engineering GmbH sowie mit drei Instituten der RWTH Aachen zusammen: dem Institut für Kraftfahrzeuge (ika), dem Institut für Stromrichtertechnik und Elektrische Antriebe (ISEA) sowie dem Institut für elektrische Maschinen (IEM). Außerdem waren die Technischen Universitäten in München, Dresden und Ilmenau, die Leibniz Universität Hannover, die Fraunhofer Institute IESE und IISB, sowie die Forschungsgesellschaft Kraftfahrwesen mbH Aachen beteiligt. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) unterstützte e performance mit rund 23 Millionen Euro.

Flexible Zusammenarbeit mit offenen Schnittstellen

„Unser Team brachte Ingenieurkunst, Kreativität und eine Portion Querdenken zusammen“, sagt Dr. Christian Allmann, einer der Projektleiter. „Junge, unabhängige Freidenker haben mit Fachleuten der Technischen Entwicklung von Audi und Bosch gearbeitet. Wir hatten einen ständigen Austausch von unterschiedlichem Wissen und Arbeitskulturen.“ Allmanns Kollege Martin Schüssler ergänzt: „Das Projekt unterlag einer hohen personellen und technischen Dynamik, deshalb ist eine sehr flexible Zusammenarbeit mit offenen Schnittstellen entstanden.“

Projekt mit einem Dutzend Arbeitspaketen

e performance war in ein Dutzend Arbeitspakete aufgeteilt: vom Energiespeicher über Bedienkonzepte bis hin zur Fahrdynamikregelung. In den ersten Phasen arbeiteten die Beteiligten vor allem mit hochmodernen Simulationstools, dann bauten sie Teilmodule und schließlich ein fahrfähiges Auto, den so genannten F12. Der Sportwagen sieht von außen aus wie ein Audi R8 der Serienproduktion, er wird jedoch rein elektrisch angetrieben. Innerhalb des modularen Systembaukastens repräsentiert der F12 die Ausführung „e Sport“.

Schwerpunktthema Hochvolt-Batterie

Ein Schwerpunktthema des Projekts stellte die Hochvolt-Batterie dar. Im F12 besteht sie aus zwei separaten Blöcken mit insgesamt mehr als 38 kWh Kapazität, die aus 200 Makrozellen bestehen. Diese Makrozellen lassen sich mit ihren schrägen Wänden gegeneinander verschieben und sorgen so bei einem Unfall für besondere Sicherheit. Bei einem Crash absorbieren Aluminiumstrangpressprofile im Batteriesystem einen Großteil der Aufprallenergie. Dieses innovative Sicher­heitskonzept hält laut Berechnungen und ersten Versuchen auf Komponenten­ebene selbst einem seitlichen Pfahlaufprall stand.

Drei separat ansteuerbare Elektromotoren

Beim Antrieb des Forschungs-Autos wirken drei Elektromotoren unterschiedlicher Bauart zusammen: Sie lassen sich separat ansteuern. 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 (204 PS) Leistung und 550 Nm Drehmoment; ihr Zusammenspiel macht den e Sport zum vollelektrischen quattro.

Technikträger mit schaltbarem Hochvolt-Netz

Ein weiteres Novum des Technikträgers ist das schaltbare Hochvolt-Bordnetz. Die beiden Batterien liefern mit 144 beziehungsweise 216 V unterschiedliche Ausgangsspannungen; ein Gleichstrom-Wandler (DC/DC) regelt die erforderliche einheitliche Systemspannung. Im Teillastbereich liegt sie der Effizienz zuliebe bei etwa 200 V, mit steigender Leistungsanforderung und Geschwindigkeit erreicht sie bis zu 440 V.

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