Audi-hoogspanningsaccu’s gaan lang mee

Na 160.000 kilometer een State of Health (SoH) van ongeveer 90 procent en na 200.000 kilometer van ongeveer 88 procent. Voor de Audi e-tron zijn dit gemiddelde waarden na vijf jaar. Dat elektrische Audi-modellen, ondanks het verouderingsproces, dan nog steeds een dergelijke accucapaciteit hebben, is een duidelijk statement. Bovendien overtreft deze accuconditie ruimschoots de aan de accugarantie verbonden belofte van een minimale netto accucapaciteit van 70 procent na maximaal acht jaar of 160.000 kilometer. Deze waarden zijn bepaald aan de hand van gebruiksgegevens van honderdduizenden elektrische Audi’s die sinds 2019 wereldwijd in uiteenlopende klimaatzones zijn gebruikt.

Josef Gandlgruber, engineer Service Life Simulation en Data Science bij Audi AG, is het gezicht bij deze informatie. Hij stelt verheugt vast: “Op basis van de huidige data zien we dat de accu’s zeer robuust zijn.” Gegevens uit de dagelijkse praktijk zijn heel belangrijk voor de Audi-engineers. “Onze accu’s zijn zo ontworpen dat ze allerlei extreme scenario’s kunnen doorstaan. De gebruiksdata bevat informatie over in hoeverre onze klanten daadwerkelijk met die extreme omstandigheden te maken krijgen. Dat inzicht gebruiken we om de accu’s nog meer op relevante gebruikssituaties af te stemmen en dat heeft weer een positief effect op de prijs en prestaties”, legt de Audi-ingenieur uit.

De hoogspanningsaccu’s worden geoptimaliseerd in het Audi-accutestcentrum in Gaimersheim bij Ingolstadt, Duitsland. Dat is dichtbij de grote Audi-locatie in Neckarsulm. Daar worden de verouderingsmechanismen van individuele cellen, celmodules (bestaande uit 15 cellen) en complete batterijsystemen (12 celmodules) getest en gesimuleerd. Bernhard Rieger, Cell Integration Expert, werkt op het snijvlak van celontwikkeling en accusoftware. Hij zorgt voor optimaal ontworpen systemen qua levensduur, veiligheid en prestaties: “De PPE-cel, die we in alle auto’s gebruiken die ons Premium Platform Electric benutten, is afgestemd op de behoeften van onze premiumklanten. Wij streven naar de ideale combinatie van een hoge energiedichtheid voor een grote actieradius en uitstekende laadprestaties.” Voor de modellen op PPE-basis betekent dit een laadduur van 10 tot 80 procent in zo’n 21 minuten alsmede een rijbereik van ongeveer 600 kilometer voor de Audi Q6 e-tron en 700 kilometer voor de Audi A6 e-tron.

Om beter te begrijpen hoe de accucellen op deze piekprestaties reageren, gaan de Audi-ingenieurs met de cellen tot het uiterste. Ze simuleren en testen het accugedrag voor alle relevante gebruikspatronen: incidentele bestuurders, veelrijders, frequent snelladen, met een volle accu rijden en parkeren en gebruik in verschillende klimaatzones. Tijdens de levensduurtest voor cyclische veroudering worden scenario's met hoge kilometerstanden nagebootst, waarbij de celmodules afwisselend aan de snellader en gewone lader worden opgeladen. Degradatie door veroudering wordt aan de hand van een thermisch model berekend. De cellen worden bij verschillende temperaturen tot 60 °C doorgemeten en meetgegevens worden in een degradatiemodel ingevoerd. Bernhard Rieger: “Met dat model kunnen we veroudering in verschillende klimaatzones simuleren.” Bij hogere temperaturen gaat de kwaliteit van accucellen namelijk sneller achteruit. “We werken momenteel ook aan gecombineerde elektrochemische modellen. Deze geven ons beter inzicht in de verouderingsmechanismen en bieden nieuwe mogelijkheden om de accu te optimaliseren”, aldus Josef Gandlgruber.

Tijdens de rondleiding door de laboratoria wijst ingenieur Rieger op de testopstelling voor temperatuurcycli: “Hier wordt de accu echt op de proef gesteld met extreme temperaturen van -30 tot +60 °C. Daardoor krijgen wij goed inzicht in de sterkte van de thermische verbindingen van de celmodules.” De reikwijdte van deze tests is een stuk extremer dan de situaties die de meeste automobilisten in de dagelijkse praktijk tegenkomen.

De experts van het Audi-accutestcentrum verwerken alle testbevindingen in de accuprototypes die ze maken. Voor elke nieuwe elektrische auto bouwen zij namelijk de eerste versies van de accu’s. De specialisten voorzien die vroege exemplaren van meer dan honderd temperatuursensoren. Daarmee analyseren ze de temperatuurverschillen binnen de accucellen. Tegelijkertijd ondergaan digitale tweelingen van deze accu’s virtuele simulaties die eveneens belangrijke parameters opleveren om het accu-ontwerp te optimaliseren.

Als de Audi-hoogspanningsaccu tot slot alle gewenste eigenschappen vertoont en wordt goedgekeurd, is het tijd voor de serieproductie in een speciale hal niet ver van de laboratoria vandaan. Daar worden dagelijks tot wel duizend accu’s uit afzonderlijke modules samengesteld, met als bestemming een auto op het PPE-platform. Bij modelintroducties en tussentijdse facelifts volgt vaak een nieuwe accugeneratie.

Hoe kijkt Bernhard Rieger, de accuspecialist van Audi, naar de toekomst van aandrijfaccu’s? “Op het gebied van celchemie gaan de ontwikkelingen hard. Zo konden we bijvoorbeeld de 95 kWh-accu van de Audi e-tron upgraden naar 114 kWh in de Audi Q8 e-tron, alleen maar door een nieuwe celchemie te gebruiken. Ik werk nu twaalf jaar in het accutestcentrum en we doen nog elke week nieuwe kennis op.”