Audi høyvoltsbatterier: bygget for å vare

Omtrent 90 prosent helsetilstand (SoH) etter 160 000 kilometer, ca. 88 prosent etter 200 000 kilometer – dette er gjennomsnittsverdiene etter fem år i Audi e-tron. Det overstiger klart Audi-garantien på 70 prosent netto batterienergiinnhold i opptil åtte år eller 160 000 kilometer som følger med hver nye, helelektriske Audi. Disse verdiene ble bestemt fra bruksdata samlet inn fra hundretusenvis av elektriske Audier som har vært i bruk over hele verden siden 2019. 

Mesteren bak disse dataene, Josef Gandlgruber, en ingeniør innen levetidssimulering og datavitenskap, er glad for å rapportere: "Ja, vi kan se at batteriene er veldig robuste i henhold til de nåværende dataene." Data fra ekte hverdagsbruk er ekstremt viktige for ingeniørene hos Audi. "Våre batterier er designet for å tåle ulike ekstreme scenarier. Dataene gjør det mulig for oss å trekke konklusjoner om intensiteten i de ekstreme scenariene som våre kunder bruker sine Audier i. Så vi kan optimalisere batteriene i henhold til den respektive bruken, noe som til slutt også har en positiv effekt på pris og ytelse," understreker Audi-ingeniøren.

Høyvoltsbatteriet optimaliseres ved Audis senter for batteritesting i Gaimersheim nær Ingolstadt, i tillegg til anlegget i Neckarsulm. Her testes og simuleres aldringsmekanismene til individuelle celler, cellemoduler (bestående av 15 celler) og hele batterisystemer (12 cellemoduler). Dr. Bernhard Rieger, ekspert på integrasjon av battericeller, jobber i grensesnittet mellom celleutvikling og batteriprogramvare, og sikrer at systemene er optimalt designet for levetid, sikkerhet og ytelse: "PPE-cellen, som er installert i alle kjøretøyene på vår Premium Platform Electric, er skreddersydd til behovene til våre premiumkunder. Vårt mål er den ideelle kombinasjonen av høy energitetthet for lange rekkevidder på lange reiser og svært god ladeprestasjon." For kjøretøy på PPE-plattformen betyr dette omtrent 21 minutters ladetid fra 10 til 80 prosent SoC sammen med WLTP-rekkevidder på rundt 600 kilometer for Audi Q6 e-tron og 700 kilometer for Audi A6 e-tron.

For å bedre forstå hvordan battericellene reagerer under maksimal ytelse, presser Audi-ingeniørene cellene til deres grenser. De simulerer og tester batterienes oppførsel for alle relevante bruksatferder: sporadiske sjåfører, hyppige sjåfører, hyppig hurtiglading, kjøring/parkering med høy ladetilstand, og forskjellige klimasoner. I levetidstesten for syklisk aldring testes høykilometerscenarier, og cellemodulene drives permanent med vekslende hurtiglading og normal lading. Kalenderaldring beregnes ved hjelp av en termisk modell. Cellene måles ved forskjellige temperaturer opp til 60 °C, og en aldringsmodell mates med måledata.

Dr. Bernhard Rieger: "Med denne modellen kan vi simulere aldring i forskjellige klimasoner." Dette er fordi battericeller eldes raskere ved høye temperaturer. "Vi jobber for tiden også med koblede elektrokjemiske modeller. Disse gir oss en bedre forståelse av aldringsmekanismene og åpner opp nye potensialer for å optimalisere batteriet," sier Josef Gandlgruber. Under omvisningen i laboratoriene peker ingeniør Rieger på testbenken for temperaturendring utholdenhetstest: "Her blir batteriet virkelig satt på prøve med ekstreme temperaturer, fra -30 til +60 °C. Dette gir oss relevante innsikter i robustheten til den termiske forbindelsen til cellemodulene." Disse ekstreme testene utforsker grenser som sjelden oppleves av sjåfører i hverdagsbruk.

Alle funn fra testbenkene blir integrert i batteriprototypkonstruksjonen av ekspertene ved Audi batteritestingssenter. De nødvendige prototypebatteriene bygges for hvert nytt elektrisk kjøretøy som skal utvikles. Til dette formål utstyrer Audi-spesialistene batteriene med over hundre temperatursensorer på et veldig tidlig stadium av utviklingen, slik at de kan analysere temperaturfordelingen til cellene i batterisystemet med presisjon. På dette stadiet utføres også virtuelle simuleringer ved hjelp av digitale tvillinger av batteriene, som også gir viktige parametere for optimalisering av batteridesignet. Når batteriet har alle de ønskede egenskapene og er godkjent, finner serieproduksjonen av Audi høyspenningsbatterier sted i en dedikert Audi produksjonshall ikke langt fra laboratoriene.

Hver dag monteres opptil 1000 batterier fra individuelle moduler og gjøres tilgjengelige for PPE-plattformkjøretøyene. Nye batterigenerasjoner integreres for nye lanseringer eller produktoppgraderinger av Audi-modellene. Og hvordan ser Audi batterispesialist Dr. Bernhard Rieger på fremtidig utvikling av kjøretøybatterier? "Vi ser faktisk dynamiske utviklinger innen cellekjemi. For eksempel var vi i stand til å oppgradere høyspenningsbatteriet til Audi e-tron fra 95 kWh til 114 kWh i Audi Q8 e-tron bare ved å bruke ny cellekjemi. Jeg har jobbet i batteritestingssenteret i tolv år nå. Og vi får fortsatt nye innsikter hver uke."