S novom serijom A5 i Q5 izgrađenom na Premium platformi za izgaranje (PPC), Audi je lansirao svoje prve motore s izgaranjem s novom MHEV plus tehnologijom. Svojim jedinstvenim međudjelovanjem između generatora pogonskog sklopa (PTG), pokretača alternatora s remenom (BAS) i litij željezo fosfatne baterije, blagi hibridni sustav od 48 volti podržava motor s unutarnjim izgaranjem, smanjuje emisije ugljika i istovremeno povećava performanse i agilnost. PTG, koji se može potpuno spojiti ili odvojiti, ima integriranu energetsku elektroniku i električni motor koji omogućuje djelomično električnu vožnju. To smanjuje potrošnju i omogućuje još uglađeniju vožnju.

'S novom tehnologijom MHEV plus, pokrećemo elektrifikaciju u našim novim vozilima s motorom s unutarnjim izgaranjem koja se temelje na platformi Premium Platform Combustion koja je prilagođena potrebama naših kupaca,' kaže Geoffrey Bouquot, član Upravnog odbora za tehnički razvoj u Audi AG-u. 'Ovo će ojačati naš proizvodni portfelj potpuno električnih modela, plug-in hibrida i vozila s učinkovitim motorima s izgaranjem.'

MHEV plus nudi atraktivne funkcije kao što su djelomično električna vožnja, električno pojačanje i značajno povećanje učinkovitosti i udobnosti. Blagi hibridni sustav u novom Audiju A5 i Q5 sastoji se od tri glavne komponente: kompaktno dizajniranog novog generatora pogonskog sklopa (PTG) s integriranom energetskom elektronikom i trajno pobuđenim sinkronim motorom (PSM), 48-voltne baterije i remenskog alternatora starter (BAS). Komponente 48-voltnog sustava hlađene su tekućinom kako bi se postigli optimalni radni uvjeti.

Arhitektura MHEV plus sustava može se integrirati u različite modele s prednjim i quattro pogonom koji se temelji na Premium platformi za izgaranje (PPC). Specifično hlađenje tekućinom energetske elektronike i elektromotora omogućuje rad komponenti u optimalnim radnim uvjetima kako bi se zadovoljili zahtjevi za snagom i momentom u svim radnim stanjima. Nova MHEV plus tehnologija omogućuje isključivo električna radna stanja, a također može podržati motor s unutarnjim izgaranjem. Sustav time povećava performanse i agilnost, a istovremeno smanjuje potrošnju goriva i emisije CO2.

Na primjer, u A5 2.0 TDI (150 kW naprijed/quattro) se može uštedjeti CO2 do 10 g/km ili 0,38 l/100 km, a u 3.0 TFSI s V6 motorom (270 kW quattro) do 17 g/ km ili 0,74 l/100 km (prema WLTP).

Pogonski generator kao dodatni snažni pogonski modul

Još jedna velika prednost je što sustav MHEV plus poboljšava performanse i udobnost vožnje. Kompaktan, ali snažan električni pogonski modul u novom MHEV plus sustavu je generator pogonskog sklopa (PTG). Ova komponenta također predstavlja najveću razliku u odnosu na MHEV tehnologiju koju je prethodno nudio Audi, a koja radi isključivo sa starterom alternatora s remenom. PTG, koji je ugrađen u kompaktnu jedinicu s integriranom energetskom elektronikom izravno na izlaznom vratilu mjenjača, može pridonijeti do 18 kW (24 KS) električne snage pogonu. Modul omogućuje maksimalni okretni moment od 230 Nm na izlazu mjenjača, koji je već dostupan kao pogonski moment kada se vozilo pokrene. PTG-ov kompaktni prijenos radi s omjerom od 3,6:1. MHEV plus koristi PTG do maksimalne brzine od 140 km/h za maksimalnu učinkovitost. Pri većim brzinama vozila, PTG se odvaja od pogonskog sklopa putem integrirane 'dog clutch' spojke.

PTG je težak oko 21 kg i omogućuje maksimalno 5550 okr./min. na izlaznom vratilu. Ovisno o vozilu i varijanti vožnje, to odgovara brzini od 130 do 140 km/h.

Uz minimalne izmjene okolnih dijelova i komponenti, stvoren je potreban prostor za integraciju elektromotora na izlazu prijenosa unutar postojećih granica tunela vozila. Pozicioniranje izravno iza mjenjača nudi nekoliko prednosti: 18 kW (24 KS) pogonske snage ili do 25 kW (34 KS) snage iz regenerativnog kočenja koju osigurava PTG dostupno je izravno na izlazu osovine bez ikakvih daljnjih gubitaka. Zahvaljujući ovoj konfiguraciji, PTG se može koristiti u vozilima s prednjim i pogonom na sva četiri kotača bez ikakvih izmjena i na modularan način.

Kako bi se zadovoljili visoki zahtjevi udobnosti sustava, mora se osigurati precizna kontrola momenta, struje i brzine elektromotora. Raspon radne temperature proteže se od minus 40 do plus 75 stupnjeva Celzijusa. Vodeni omotač okružuje elektromotor i također hladi kompaktnu i visoko integriranu energetsku elektroniku u zajedničkom krugu rashladnog sredstva, koji je montiran izravno na elektromotor radi uštede prostora.

Energetski moduli visokih performansi raspoređeni su oko hladnjaka unutar energetske elektronike. Kondenzatori međukruga okruženi su hladnjakom na način koji štedi prostor i toplinski je optimalan.

Razvoj usmjeren prema zahtjevima kupaca

Audi je razvio MHEV plus tehnologiju usmjerenu prema očekivanim zahtjevima kupaca. Konvencionalni pogonski sklopovi dostupni sa start-stop prvom generacijom ili blagom hibridizacijom oslanjaju se na ključne komponente učinkovitosti kao što su zaustavljanje motora kada vozilo miruje, vožnja u praznom hodu, slobodno kretanje s isključenim motorom i obnavljanje energije od 12 ili 48 volti. Glavne prednosti povećanog stupnja elektrifikacije s novom tehnologijom uključuju dodatnu pogodnost start-stop rada, vožnju bez emisija, povrat energije, djelomično električnu vožnju, na primjer za električno parkiranje i manevriranje, i povećane performanse zahvaljujući električnom podrška motora s unutarnjim izgaranjem.

To omogućuje da se vozilo vozi isključivo električno, ostavljajući motor s unutarnjim izgaranjem isključen dulje, na primjer kada se sporo vozi u gradu, ili kada se promet odvija sporo na cestama izvan grada, ili kada se približavate sljedećem gradu. Štoviše, odgovor vozila na pokretanje značajno je poboljšan i spontaniji jer PTG daje pogonski moment do 230 Nm čak i pri malim brzinama. To rezultira osjetno boljom reakcijom, što se prevodi u jasno prepoznatljiv dobitak u agilnosti, posebno tijekom prvih nekoliko metara pri polasku.

Pri brzinama između 0 i najviše 140 km/h, PTG može podržavati motor s unutarnjim izgaranjem. To znači da MHEV plus nudi dodatnu električnu snagu do 18 kW (24 KS), omogućujući motoru s unutarnjim izgaranjem da radi što je moguće učinkovitije. U ovom rasponu brzina, PTG može obnoviti do 25 kW (34 KS) energije putem regenerativnog kočenja malo prije nego što se vozilo zaustavi. Integrirani sustav upravljanja kočnicama s mogućnošću miješanja osigurava kočenje bez pritiska i optimalno regenerativno kočenje, obično bez upotrebe tarnih kočnica. Zahvaljujući električnom kompresoru klima uređaja, MHEV plus također omogućuje neprekidan rad klima uređaja čak i kada je motor s unutarnjim izgaranjem isključen, kao što je čekanje na crvenom svjetlu.

BAS, litij-ionska baterija i iBRS: idealna kombinacija

Kao dio MHEV plus tehnologije, starter alternatora s remenom (BAS) ima zadatak pokrenuti motor i dostaviti električnu energiju akumulatoru. Pogon remenom ima akustične prednosti u odnosu na starter sa zupčanikom i postiže veću startnu brzinu za motor s unutarnjim izgaranjem. To rezultira boljom potrošnjom i većom udobnošću startanja. Pokretač alternatora s remenom također može povratiti energiju motora kada je isključen i postavlja cilindre u optimalan položaj za ponovno pokretanje.

Litij-ionska baterija izrađena od litij željeznog fosfata (LFP) ima kapacitet pohrane od 37 amper sati, što odgovara nešto manje od 1,7 kWh (bruto). Njegova najveća snaga pražnjenja je 24 kW. Zbog zahtjeva za dostupnošću, snagom i momentom, baterija je integrirana u krug niskotemperaturnog vodenog hlađenja koji osigurava optimalne uvjete u rasponu od 25 do 60 stupnjeva Celzijusa. Ovo je prvi put da Audi koristi LFP bateriju za svoje blage hibridne sustave.

Integrirani sustav upravljanja kočnicama (iBRS) ima važnu ulogu u povratu energije. U modelima s MHEV plus tehnologijom, iBRS osigurava kočenje bez pritiska i postiže potrebno usporavanje kroz regenerativno kočenje bez upotrebe mehaničke kočnice kotača. Mehaničke kočnice aktiviraju se samo kada se papučica kočnice jače pritisne. To nema utjecaja na osjećaj kočenja.

Sofisticirana operativna strategija MHEV plus

U hibridnom sustavu, pravilo je da baterija napunjena od 50 do 60 posto radi najučinkovitije, jer može isporučiti visoke struje elektromotoru i pohraniti visoke struje punjenja tijekom obnove energije. Fokus hibridnog sustava nije na električnom dometu, već na pražnjenju i punjenju baterije u brzim ciklusima. To omogućuje da se povrati što je više moguće energije i brzo ponovno učinkovito iskoristi za pogon.

Uz tehnologiju MHEV plus, upravljački softver procjenjuje radno stanje vozila za optimalnu interakciju između motora s unutarnjim izgaranjem, PTG-a i BAS-a. U tu svrhu pohranjuju se karakteristične vrijednosti za optimalno korištenje dva elektromotora i željene razine zakretnog momenta za pogon ili povrat energije. Stanje napunjenosti baterije također se uzima u obzir. Cilj je stabilan rad – a sustav upravljanja postiže različite rezultate ovisno o situaciji. To je zato što je strategija rada dodatnih električnih pogona optimizirana za svaki motor s unutarnjim izgaranjem. Rezultat je najniža moguća potrošnja bez ugrožavanja dinamike vožnje.

Operativna strategija uzima u obzir odabrani način prijenosa i modulaciju papučice gasa. Na primjer, u načinu vožnje D, punu dodatnu električnu snagu od najviše 18 kW primjenjuje samo generator pogonskog sklopa počevši od približno 80 posto papučice gasa ili kickdown. U načinu vožnje S, 18 kW dodatne snage dostupno je već pri nižim vrijednostima papučice gasa. U D, PTG se može odvojiti počevši od 85 km/h kako bi se spriječili električni gubici u elektromotoru PTG-a pri vožnji konstantnom brzinom s motorom s unutarnjim izgaranjem na autocestama i cestama izvan granica grada. U S, međutim, PTG ostaje spojen do svoje najveće dopuštene brzine motora od 5550 okr./min. kako bi se omogućio spontani odziv u bilo kojem trenutku.

S obzirom na načine vožnje D i S, operativna strategija se posebno razlikuje kada je u pitanju ciljni SoC (stanje napunjenosti) 48-voltne baterije. U D, prosječni SoC od 50 do 55 posto osigurava optimalnu ravnotežu za dovoljno energije na raspolaganju za električnu potporu motora s unutarnjim izgaranjem sve do djelomično električne vožnje. Ovaj SoC također je dovoljan za pohranjivanje velike količine obnovljene energije koja dolazi iz blagih i dužih faza kočenja na semaforima ili pri ulasku u gradove. U S, viši ciljani SoC od oko 70 posto osigurava veću količinu raspoložive energije za električnu potporu motora s unutarnjim izgaranjem za sportskiju vožnju. Kao što biste očekivali, sportska vožnja uključuje kraće i intenzivnije faze kočenja, što znači da ima manje energije za oporavak.

Korištenje generatora pogonskog sklopa također nudi prednosti u pogledu dinamike vožnje, jer dodatni i odmah dostupni okretni moment znači da vozilo može spontanije reagirati na promjene opterećenja i agilnije ubrzavati iz zavoja. Vrsta promjene opterećenja također se različito modulira u D i S načinima rada kako bi se omogućilo udobnije rukovanje u D i osjetljivije, dinamičnije upravljanje u S.

Modeli s MHEV plus također mogu raditi isključivo električno, na primjer kada se vozilo približava gradu, a zatim mogu održavati svoju brzinu uz pomoć PTG-a. Ako snaga koju zahtijeva vozač ili prilagodljivi tempomat (ACC) prijeđe određenu vrijednost, motor s unutarnjim izgaranjem se pokreće i preuzima pogon. Prag pokretanja ovisi o trenutnom SoC-u 48-voltne baterije i brzini vozila.

Ako je trenutni SoC ispod ciljanog SoC-a, motor s unutarnjim izgaranjem uključuje se prije. S jedne strane, to je izbjegavanje dodatne potrošnje energije za električnu vožnju i time još niži SoC. S druge strane, motor s unutarnjim izgaranjem može po potrebi ponovno povećati SoC pomoću povećane snage u kombinaciji s BAS i PTG – drugim riječima, ponovno napuniti bateriju. Ovo se ne odnosi na manevriranje na električni pogon, puzanje u sporom prometu ili parkiranje, koje se može održavati pri znatno nižem stanju napunjenosti.

Ako je trenutni SoC iznad ciljanog SoC-a, motor s unutarnjim izgaranjem uključuje se kasnije – kada postoji nešto veća potražnja za energijom. Radeći to, 48-voltna baterija se prazni prema ciljanom SoC-u kako bi mogla apsorbirati dovoljno energije tijekom budućih faza oporavka energije. Kako se brzina vozila povećava, smanjuje se prag za traženje snage od motora s unutarnjim izgaranjem. Jednostavno rečeno, to znači da što je veća brzina, motor s unutarnjim izgaranjem više pokreće automobil.

U kombinaciji sa svime što se nalazi u spremniku, dobici učinkovitosti pogonskog sklopa značajno poboljšavaju ukupni domet vozila. To čini vozila opremljena tehnologijom MHEV plus znatno prikladnijom za putovanja na velike udaljenosti i ta putovanja čini puno udobnijima.

Ova tehnologija neće biti ponuđena na američkom tržištu zbog različitih potreba kupaca.