Vysokonapäťové batérie Audi: mimoriadne dlhá životnosť

Pomalé starnutie vysokonapäťovej batérie

Približne 90 percent kapacity technického stavu batérie (SoH) po 160 000 kilometroch, približne 88 percent po 200 000 kilometroch – obe hodnoty v priemere po piatich rokoch pri Audi e-tron. Táto kapacita vysokonapäťových batérií elektrických vozidiel Audi v procese starnutia je skutočné vyhlásenie. Výrazne prekračuje prísľub záruky 70 percent čistého obsahu energie batérie po dobu maximálne ôsmich rokov alebo 160 000 kilometrov, ktorý Audi ponúka kupujúcim nových čisto elektrických vozidiel Audi. Tieto hodnoty boli stanovené na základe údajov o používaní stoviek tisícov elektrických vozidiel Audi, ktoré používajú zákazníci po celom svete v rôznych klimatických zónach od roku 2019. Josef Gandlgruber, inžinier pre simuláciu životnosti a dátovú vedu, ktorý je zodpovedný za tieto údaje, s potešením konštatuje: „Áno, podľa aktuálnych údajov vidíme, že batérie sú veľmi odolné.“ Údaje z každodennej praxe sú pre inžinierov v spoločnosti Audi nesmierne dôležité. „Naše batérie sú navrhnuté pre rôzne extrémne scenáre. Z údajov vyvodzujeme závery o tom, ako intenzívne naši zákazníci tieto extrémne scenáre využívajú. Takto môžeme batériu lepšie optimalizovať pre relevantné použitie, čo má v konečnom dôsledku pozitívny vplyv aj na cenu a výkon,“ zdôrazňuje inžinier Audi.

Na mieru pre prémiových zákazníkov

Vysokonapäťová batéria je optimalizovaná – okrem závodu v Neckarsulme – aj v Centre pre technológie batérií Audi v Gaimersheime pri Ingolstadte. Tu sa testujú a simulujú mechanizmy starnutia jednotlivých článkov, článkových modulov (pozostávajúcich z 15 článkov) a celých batériových systémov (12 článkových modulov). Dr. Bernhard Rieger ako expert na integráciu článkov na rozhraní medzi vývojom článkov a softvérom pre batérie zabezpečuje to, aby systémy boli optimálne navrhnuté z hľadiska životnosti, bezpečnosti a výkonu: „Článok PPE, ktorý je inštalovaný vo všetkých vozidlách postavených na našej prémiovej platforme elektrických vozidiel (PPE), je prispôsobený potrebám našich prémiových zákazníkov. Naším cieľom je ideálna kombinácia vysokej hustoty energie pre veľký dojazd na dlhé vzdialenosti a veľmi dobrého nabíjacieho výkonu.“ Pre vozidlá na platforme PPE to znamená: približne 21 minút nabíjania z 10 na 80 percent SoC spolu s dojazdom WLTP okolo 600 kilometrov v prípade Audi Q6 e-tron, resp. 700 kilometrov v prípade Audi A6 e-tron.

Extrémne testy na skúšobných stoliciach

Inžinieri spoločnosti Audi testujú články na hranici ich možností, aby lepšie pochopili, ako batérie reagujú na tento maximálny výkon. Simulujú a testujú správanie batérií pri všetkých relevantných vzorcoch používania: vodiči, ktorí jazdia veľmi málo; vodiči, ktorí jazdia často; jazda/parkovanie s vysokým stavom nabitia a rôzne klimatické zóny. Pri teste životného cyklu pre cyklické starnutie sa testujú vysoké výkony, moduly článkov pritom neustále striedajú medzi rýchlym a normálnym nabíjaním. Kalendárne starnutie sa vypočíta pomocou tepelného modelu. Články sa merajú pri rôznych teplotách až do 60 °C a model starnutia sa napĺňa nameranými údajmi. Dr. Bernhard Rieger: „S týmto modelom môžeme simulovať starnutie v rôznych klimatických zónach.“ Pri vysokých teplotách totiž batérie starnú rýchlejšie. „V súčasnosti pracujeme aj na prepojených elektrochemických modeloch. To nám umožňuje lepšie pochopiť mechanizmy starnutia a otvára ďalší potenciál optimalizácie pre batériu“, vysvetľuje Josef Gandlgruber. Pri prehliadke laboratórií upozorňuje inžinier Rieger na testovaciu stanicu pre testovanie teplotných zmien: „Tu je batéria vystavená extrémnym teplotám, od –30 do +60 °C. Tým získavame relevantné poznatky o odolnosti tepelného sipojenia článkových modulov.“ Tieto extrémne testy skúmajú limity, s ktorými sa vodiči pri bežnom používaní stretávajú len vo veľmi zriedkavých prípadoch.

Poznatky sa premietajú do vlastnej montáže batérií

Všetky tieto zistenia z testov v skúšobni sa premietajú do konštrukcie prototypov batérií, ktoré vyvíjajú špecialisti z Audi Battery Technology Center. Potrebné prototypy batérií sa vyrábajú pre každé nové elektrické vozidlo, ktoré sa vyvíja. S týmto cieľom vybavia špecialisti Audi batérie viac ako stovkou teplotných senzorov už v ranom štádiu vývoja, aby mohli presne analyzovať rozloženie teploty článkov v batériovom systéme. V tejto fáze sa tiež vykonávajú virtuálne simulácie pomocou digitálnych dvojčiat batérií, ktoré tiež prispievajú dôležitými parametrami k optimalizácii konštrukcie batérií. Ak batéria spĺňa všetky želané vlastnosti a získa povolenie, sériová výroba vysokonapäťových batérií Audi prebieha neďaleko laboratórií vo vlastnej hale výrobného závodu Audi. Denne sa tam z jednotlivých modulov zostaví až 1 000 batérií, ktoré sa dodávajú pre vozidlá s platformou PPE. Nové generácie batérií sa integrujú pri nových alebo modernizovaných modelov Audi. A ako hodnotí ďalší vývoj batérií do vozidiel špecialista na batérie Audi Dr. Bernhard Rieger? „V oblasti chémie článkov skutočne pozorujeme dynamický vývoj. Napríklad vysokonapäťovú batériu Audi e-tron s kapacitou 95 kWh sme vďaka novej chémii článkov dokázali vylepšiť na 114 kWh v modeli Audi Q8 e-tron. V Centre pre technológie batérií pracujem už dvanásť rokov. A stále každý týždeň získavame nové poznatky.“