Der Kunde kann nur ahnen, wie komplex ein Hybridauto, oder generell die Elektrifizierung des Antriebs ist. Landläufig herrscht die Meinung vor, die Komplexität eines e-Autos nähme doch drastisch ab im Vergleich zum Herkömmlichen. Für den Hybrid stimmt das jedoch nicht, denn der muss zwei komplett autarke Antriebssysteme unter die Haube bekommen. Und beim reinen e-Auto werden die Karten ganz neu gemischt.

Seit 2007 hat Audi am Standort Ingolstadt investiert  und wird sich das Entwicklungszentrum insgesamt etwa 125 Millionen Euro kosten lassen, 400 neue Stellen sind noch für 2010 geplant. Von der Idee über erste Konzepte und die Bauteile-Entwicklung und -Prüfung werden hier auch die Prototypen entwickelt und die künftigen elektrischen Serienfahrzeuge abgenommen.

Antriebstrang

Als wichtigstes Element bei der Elektrifizierung der Autos der Zukunft wird hier der komplette Antriebsstrang verschiedenen Belastungstests unterzogen. Abgespeicherte Streckenprofile können unter simulierten Bedingungen „im Labor“ abgefahren werden, zum Beispiel eine Bergabfahrt mit Hänger am Großglockner. Daneben gibt es auch einen Höhenprüfstand für das fertig aufgebaute Auto, in welchem Luftdrücke bis 4.200 Metern Höhe und extreme Temperaturschwankungen von -40° bis +40° simuliert werden.

Die e-Maschinen selbst, werden auf einem eigenen Prüfstand Belastungstests bei Temperaturen von -30°C bis 130°C unterzogen. Denn gerade die Außentemperatur ist es, die die Reichweite von  e-Fahrzeugen stark beeinflusst: Die Heizung muss, in kalten Gebieten entsprechend stark, hier rein elektrisch betrieben werden. Ebenso müssen Batterie, e-Maschine und Leistungselektronik bei hohen Außentemperaturen durch, wiederum elektrische, Kühlung in ihrer optimalen Betriebstemperatur gehalten werden.

Hitze und Kälte

Die Wohlfühl-Temperatur liegt beim e-Motor bei etwa 70°C, im Gegensatz zu den 90°C bei einem Verbrennungsmotor. Die Batterie liefert bei 20°C optimale Leistung und die Steuerungselektronik benötigt zirka 60°C. Allein um diese unterschiedlichen Temperaturanforderungen darzustellen, ist ein ausgeklügeltes Energie-Management die Voraussetzung. Realistische Szenarien gehen für die wichtigsten globalen Märkte von einem Temperaturbereich von -25°C (zum Beispiel in in Anchorage oder Moskau) bis zu +30°C (Bombay oder Sao Paulo) aus. Im Einzelfall müssen jedoch auch noch höhere Temperaturen bewältigt werden, wie schon die Klimaanlagen im ICE im Sommer 2010 gezeigt hatten.

Die Heizung bei kalten Umgebungstemperaturen stellen die Audi-Ingenieure über Wärmetauscher sicher. So können aus einem Kilowatt Kompressorleistung etwa vier Kilowatt Heizleistung generiert werden.

Konkrete Umsetzung

Während im kommenden Audi Q5 Hybrid noch eine reine Luftkühlung für die Batterie verbaut wird, ist für die Ingenieure eine flüssigkeitsgekühlte Batterie für den elektrisch betriebenen Audi A1 eTron Voraussetzung. Dieser mit einem Range-Extender ausgestattete City-Stromer hat im Gegensatz zum Hybrid deutlich höhere Lade- und Entladezyklen, die sich wiederum direkt in einer höheren Batterietemperatur niederschlagen.

Audi R8 eTron

Flaggschiff der Audi-Elektrostrategie ist zweifelsfrei der R8 eTron. Mit den 230 kW Gesamtleistung seiner vier Elektromotoren liegt sein Einsatz darin, die Leistungsfähigkeit reiner E-Antriebe zu testen. In unter fünf Sekunden erreicht der Stromer Tempo 100. Das ist beachtlich, denn stellt eine echte Herausforderung dar, das enorme Drehmoment von 4500 Newtonmetern (etwa das 9-fache eines antrittsstarken Diesels) auch tatsächlich in Vortrieb umzuwandeln – und nicht in rauchendem Gummi. Daher ist neben der reinen Elektrifizierung vor allem Der Antrieb im R8 von Bedeutung: Hier erfährt der Quattro-Antrieb seine optimale Umsetzung.

Die vier eMaschinen sind nahe der Wagenmitte montiert, so dass im Vergleich zu Radnabenmotoren die ungefederten Massen am Rad gering gehalten werden können. Im Gegensatz zu einem herkömmlichen Quattro-Antrieb – bei dem von einem Motor alle vier Räder über Kardanwellen, Lamellenkupplungen oder sperrbare Differenziale angetrieben werden – kann hier auf eine verlustbehaftete Umleitung von Antriebskräften verzichtet werden. Vielmehr übernimmt eine zentrale Steuerung der eMotoren die individuelle Ansteuerung der Antriebskräfte an jedem Rad.

Erster Fahreindruck

Das Ergebnis kann voll überzeugen: Die Beschleunigung des eFlitzers ist auf regennasser Straße jedem konventionellen Allradantrieb deutlich überlegen. Wo man ansonsten zwar sicher und schnell, doch mit deutlich spürbaren Regeleingriffen um die Kurven flitzt zieht der R8 eTron wie in einer Computeranimation quasi digital exakt um die Kurve. Auch beim Anbremsen von Kurven oder Lastwechseln reagiert der eQuattro nicht erst, sondern steuert die Leistung derart ausgeglichen an die Räder, dass man unerhört schnell perfekt dorthin fährt wohin man das Lenkrad richtet.

Als Nebeneffekt der hohen Systemleistung fällt die Rekuperationsenergie entsprechend hoch aus. So kann deutlich mehr Verzögerungsenergie in die Batterien zurückgespeichert werden, wenn die eMotoren als in Schubphasen als Generator fungieren. 320 kW im R8 eTron stehen beispielsweise 45 kW im Audi A1 eTron oder 25 kW im Audi Q5 Hybrid gegenüber.

Fazit

Audi nimmt die Elektrifizierung des Antriebs im Auto als Herausforderung ernst. Weil derzeit noch kein goldener Weg in das Elektro-Zeitalter abzusehen ist, fährt man bei Audi – wie auch bei anderen Herstellern – mehrgleisig: Neben dem naheliegenden Plug-In- und Voll-Hybrid (Audi Q5 ab Sommer 2011) ist das der Range-Extender für die Massenautos (Audi A1 ab 2013) und der rein elektrische Sportwagen wie der R8 eTron.

Die Zukunft bleibt also spannend. Und so viel ist sicher: Die deutschen Hersteller machen ihre Hausaufgaben. Für Audi fasst es Strategieleiter Frank van Meel zusammen: „Das eAuto wird keine rollende Verzichtserklärung“.