Selbst Schlaglöcher liefern elektrische Energie

Audi Plug-in-Hybrid Q7-e-tron

Von Manfred Bergmann

Nach dem Motto, “tue Gutes und rede darüber“, lädt Audi einmal im Jahr die internationale Fachpresse ein. Ingenieure und Forscher gewähren dann einen umfassenden Einblick in die sonst hermetisch abgeriegelten Zukunftlabors und gestatten den Journalisten das Anfassen und Ausprobieren neuer Entwicklungen zur Mobilität der Zukunft.

Cockpit Audi Plug-in-Hybrid Q7-e-tron

Generell konzipiert Audi eine Mobilität der Zukunft, in der umweltfreundlich produzierter Strom eine Schlüsselrolle spielt. Er kann nicht nur die Elektromotoren in den e-tron-Modellen versorgen, er ist auch die treibende Kraft hinter klimaschonenden Alternativ-Kraftstoffen für Verbrennungsmotoren. Audi produziert erdölunabhängige Kraftstoffe, die bei ihrer Herstellung ebenso viel CO2 binden, wie sie später bei der Verbrennung wieder abgeben. Sie heißen Audi e-gas, Audi e-diesel, Audi e-benzin und Audi e-ethanol.

Ständig entwickelt Audi ein breites Spektrum neuer Technologien bei den Diesel- und Benzinmotoren. Sie bleiben tragende Säulen, deren Verbrauchswerte bei gleichzeitiger Steigerung von Effizienz und Dynamik in den nächsten drei Jahren um weitere 15 Prozent sinken werden. Dazu tragen insbesondere neue Entwicklungen elektrisch betriebener Komponenten bei.

So gibt in wenigen Monaten der elektrisch angetriebene Verdichter sein Debüt. Er unterstützt den Turbolader des Motors immer dann, wenn dieser zu wenig Abgasenergie für schnellen spontanen Aufbau von Drehmoment zur Verfügung hat. Der elektrische Lader baut jederzeit satte Kraft auf.

Weiteres Beispiel ist die neue elektromechanische Wankstabilisierung, die ebenfalls 2016 kommt. Sie besitzt in den Stabilisatoren Elektromotoren. Diese können blitzschnell ein Fahrverhalten von hochkomfortabel bis sportlich-straff einstellen. Die bei der Fahrt entstehende Bewegungsenergie durch Verdrehen der Stabilisatoren nutzt das System, indem es sie in elektrische Energie umwandelt und in die Batterie einspeist.

Unmittelbar vor dem Serienstart steht bei Audi das 48-Volt-Bordnetz. Die Ingolstädter entwickeln es federführend im VW-Konzern. Die höhere Spannung ermöglicht geringere Leitungsquerschnitte. Dadurch sinken Gewicht und elektrische Verluste auf den Leitungen. Zusätzlich kann es viermal mehr Leistung transportieren. Es bietet zusammen mit dem bestehenden 12-Volt-Netz attraktive Möglichkeiten, das Fahren sportlicher, komfortabler und effizienter zu machen.

Die künftigen neuen Startgeneratoren, Riemenstarter genannt, gehören zu Audis Elektrifizierungsbaukasten. Sie können das Segeln der Start-Stopp-Phase bereits bei 15 km/h Restgeschwindigkeit beginnen lassen. Wenn der Fahrer vom Gas geht, segelt das Auto mit deaktiviertem Motor. Die Rekuperation, also die Energierückgewinnung, ist mit 5,0 Kilowatt, abgekürzt kW, erheblich. Zusätzlich kann der Generator den Benzin- oder Dieselmotor unterstützen. Rund 0,4 Liter pro 100 Kilometer kann der Verbrauch dadurch beim 12-Volt-Netz sinken.

Im zukünftigen 48-Volt-Netz spielt der Riemenstarter dann seine vollen elektrischen Vorteile aus: Die Leistung steigt auf 12 kW, der Verbrauch kann bis zu 0,7 Liter sinken. Zudem darf die Segelphase bis zu 30 Sekunden dauern. Sportliche Fahrer werden die Überhol-Power und spontane Kraftentfaltung im Kurvenausgang schätzen.

Der elektromechanische Rotationsdämpfer, ein weiteres 48-Volt-Projekt zur Rückgewinnung von Energie, steht kurz vor der Serienreife. Ein starker Hebelarm nimmt die Kräfte auf, die in schnell gefahrenen Kurven und bei Unebenheiten sowie gar Schlaglöchern in der Straße durch Wankbewegungen an den Radträgern entstehen. Über eine ausgeklügelte Mechanik werden die Dämpferbewegungen an einen Generator übertragen, der dann Strom erzeugt. Das bedeutet weniger Verbrauch und weniger Emissionen. Zudem entsteht in den Fahrzeugen mehr nutzbarer Bauraum, weil die aufrecht stehenden Dämpfer den horizontal angeordneten elektromechanischen Dämpfern weichen.

In Gaimersheim bei Ingolstadt arbeiten Ingenieure und Techniker im Audi-Kompetenzzentrum für Hochvolt-Batterie-Technologie an der Zukunft der Plug-in-Hybrid-Modelle und der Elektroautos. Weltweit schreitet die Entwicklung der Lithium-Ionen-Batterie schnell voran. Allein in den letzten drei Jahren konnte Audi die Stromkapazität einer Batteriezelle bei gleichen Abmessungen um 50 Prozent von 25 auf 37,5 Ampèrestunden, kurz Ah, steigern. Gleichzeitig sanken die Batteriekosten um die Hälfte.

Ein Vorgeschmack auf künftige Elektroautos präsentierte Audi auf der IAA 2015 in Frankfurt mit der Konzeptstudie Audi e-tron quattro. Die Batterie mit 95 Kilowattstunden kWh liegt als flacher, großer Block unter dem Fahrgastraum in idealer Schwerpunktlage. Einen Mitteltunnel gibt es nicht mehr. Das Modell zeigt den Weg zum rein elektrisch angetriebenen Sport-SUV von Audi.

Audi legt seine Batterien auf 150.000 Kilometer Laufleistung und acht Jahre Betriebsdauer aus. Danach besitzen die Akkus noch immer einen Großteil ihrer Kapazität und sind viel zu schade, um sie bereits zu recyceln. In einer Versuchsanlage nahe Ingolstadt speichern die Batterien in ihrem zweiten Leben den Strom einer Photovoltaikanlage. Diese Audi Speicherplattformen eignen sich als Schnellladestation mit mehr als 250 kW Leistung und auch als Puffer für Wind- und Solarenergie im öffentlichen Netz. Audi hat bereits große Anlagen projektiert. Erst wenn die Batterien bei zehn Prozent ihrer ursprünglichen Kapazität angelangt sind, endet ihr Leben endgültig.

Audi Brennstoffzellen-Technologie A7 h-tron

Einzigartig ist die innovative Audi-Erdgasproduktion in Werlte/Emsland. Windstrom spaltet dort Wasser in Sauerstoff und Wasserstoff. Wasserstoff und Kohlendioxid CO2 reagieren zu synthetischem Methan. Das erforderliche CO2 stammt aus Bioabfällen. Es kann auch aus der Luft entnommen werden. Eine Konkurrenz zwischen Teller und Tank besteht deshalb nicht. Im Fahrbetrieb entsteht bei der Verbrennung im Motor kein Gramm CO2, das nicht vorher bei der e-gas-Herstellung gebunden wurde.

Mittelfristig kann sogar die deutsche Energiewirtschaft vom Konzept der Audi e-gas-Produktion profitieren, denn es beantwortet die offene Frage, wie sich Ökostrom effizient und ortsunabhängig speichern lässt. Weht viel Wind, lassen sich Strom-Überkapazitäten in Audi e-gas wandeln und im öffentlichen Gasnetz einlagern. Aus dem Gasnetz kann man die Energie dann, wenn gewünscht, jederzeit durch Rückumwandlung ins Stromnetz zurückführen.

Intensiv arbeitet Audi mit Partnern an der Herstellung von synthetischem Ethanol und synthetischem Diesel. Mit Hilfe von Sonnenenergie werden aus CO2 und Brauchwasser flüssige Kraftstoffe erzeugt. Im Mittelpunkt dieses Prozesses stehen photosynthetische Mikroorganismen, die kontinuierlich Kraftstoff produzieren. Audi hat an den Technologie-Patenten Exklusivrechte erworben.

Allein auf die Wüsten in Nahost und Nordafrika strahlt die Sonne übers Jahr mit einer Energie, die dem Dreißigfachen dessen entspricht, was jährlich weltweit an Elektrizität erzeugt wird. Daher lautet das Ziel eines weiteren Projekts, in den Wüsten Nordafrikas und des Nahen Ostens klimafreundliche Solarenergie zu erzeugen.

Audi R18 e-tron quattro

Audi treibt den Wettbewerb an und wird vom Wettbewerbsgedanken angetrieben. Das härteste Prüffeld für die Serie ist der Motorsport und speziell das 24-Stunden-Rennen von Le Mans. Hier hat der Audi R18 e-tron quattro in den letzten Jahren große Erfolge erzielt. Sein Konzept: Der Verbrennungsmotor treibt ständig die hinteren, die E-Maschine immer wieder für einige Sekunden die vorderen Räder an. Quattro-Technologie und Elektroantriebe gehen hier eine besondere Verbindung ein.

Ein anschauliches Beispiel für das Zusammenwirken von Elektrifizierung, Vernetzung von Auto und Smartphone sowie dem Streben nach immer höherer Effizienz ist der „Prädiktive Effizienzassistent“ des neuen Plug-in-Hybrid-Modells Audi Q7 e-tron 3.0 TDI quattro. Von Plug-in-Hybrid oder Steckdosenhybrid spricht die Automobilbranche, wenn der Akku eines Hybridfahrzeugs zusätzlich über das Stromnetz extern geladen werden kann.

Der Q7 e-tron kann mit seinem 128-PS-Elektromotor mit einer Batteriefüllung mehr als 50 Kilometer rein elektrisch fahren. Zusammen mit dem 373-PS-Turbodiesel kommt er 1.400 Kilometer weit. Er sprintet in 6,0 Sekunden von null auf 100 km/h und verbraucht im EU-Messzyklus nicht mehr als 1,7 Liter Kraftstoff auf 100 Kilometer. Das ist ein Bestwert in seiner Liga. Eine Akku-Vollladung dauert an einer Industriesteckdose knapp zweieinhalb Stunden. Intensiv arbeiten die Audi-Ingenieure an signifikanten Verkürzungen der Ladezeit. Dies könnte die Akzeptanz der Plug-in-Hybridfahrzeuge deutlich verbessern.

Der prädiktive Effizienzassistent des Q7 e-tron greift auf Streckendaten zurück. Er kennt und erkennt dank Navi, Sensoren und Kameras nahende Ortseinfahrten, Kreuzungen, Kurven und deren Radien, Steigungen, Gefälle, Geschwindigkeitslimits und Kreisverkehrsanlagen. Das System kann selbsttätig in scharfen Kurven oder vor Kuppen durch Gaswegnehmen das Tempo reduzieren und anschließend wieder beschleunigen. Dadurch sinkt der Verbrauch um bis zu zehn Prozent. Bei Antritt einer Fahrt und während der Fahrt bestimmt es die Streckenabschnitte, auf denen der Q7 e-tron im Interesse der Ökologie und Ökonomie ausschließlich elektrisch, allein mit Dieselantrieb oder mit beiden Antrieben gleichzeitig fährt.

Photos: Audi