Audis højvoltsbatterier: med en udpræget lang levetid

Ca. 90 % State of Health (SoH) efter 160.000 km, ca. 88 % efter 200.000 km – begge dele en middelværdi efter 5 år i Audi e-tron. Denne kapacitet for højvoltsbatterierne i Audis elbiler i aldringsprocessen er et vaskeægte statement. Den overstiger markant garantiløftet om 70 % nettobatteriindhold efter maks. 8 år eller 160.000 km, som Audi giver køberne af en rent eldrevet ny Audi. Tallene er blevet beregnet ud fra anvendelsesdata fra hundredtusindvis af Audi elbiler, som har været i brug hos kunderne over hele verden i forskellige klimazoner siden 2019. Josef Gandlgruber, som er ingeniør med speciale i levetidssimulation og data science og dermed øverste ansvarlige for disse data, konstaterer med glæde: ”Ja, vi kan se, at batterierne ud fra de aktuelle data er meget robuste.“ Praksisdata fra hverdagen er enormt vigtige for ingeniørerne hos Audi. ”Vores batterier er konstrueret til forskellige ekstreme scenarier. Ud fra dataene kan vi se indikationer på, hvor intensivt vores kunder udnytter disse ekstreme scenarier. På den måde kan vi optimere batteriet bedre til den relevante brug, hvilket i sidste ende også har en positiv indflydelse på prisen og performancen”, understreger Audi ingeniøren.

Højvoltsbatteriet optimeres – ud over på lokationen i Neckarsulm – i Audis batteriteknikum i Gaimersheim i nærheden af Ingolstadt. Her bliver aldringsmekanismerne i enkelte celler, cellemoduler (bestående af 15 celler) og komplette batterisystemer (12 cellemoduler) testet og simuleret. Dr. Bernhard Rieger sørger som Cell Integration Expert i snitfladen mellem celleudvikling og batterisoftware for, at systemerne konstrueres optimalt med henblik på levetid, sikkerhed og performance: ”PPE-cellen, som monteres i alle biler fra vores Premium Platform Electric, er tilpasset til vores premiumkunders behov. Vores målsætning er den ideelle kombination af en høj energitæthed for en lang rækkevidde på lange køreture og en fremragende ladeeffekt.“
Det betyder for biler fra PPE-platformen: ca. 21 min. ladetid fra 10 til 80 % SoC sammen med WLTP-rækkevidder omkring 600 km for 
Audi Q6 e-tron og 700 km for Audi A6 e-tron.

For bedre at forstå, hvordan battericellerne reagerer under denne maksimale effekt, tester Audi ingeniørerne cellerne helt til grænsen. De simulerer og tester batteriernes adfærd til alle relevante former for brug: brugere, der kører få kilometer, brugere, der kører mange kilometer, hyppig lynopladning, kørsel/parkering med høj State of Charge samt forskellige klimazoner. I forbindelse med levetidsudholdenhedstesten til den cykliske aldring bliver der testet høje kilometertal, og cellemodulerne bliver i den forbindelse udsat for et permanent skift mellem lynopladning og normal opladning.
Den kalendermæssige aldring bliver beregnet via en termisk model. Ved forskellige temperaturer op til 60° C bliver cellerne udmålt, og en aldringsmodel bliver fodret med måledata. Dr. Bernhard Rieger: ”Med denne model kan vi simulere aldringen i forskellige klimazoner.“ For battericeller ældes hurtigere ved høje temperaturer. ”Vi arbejder i øjeblikket også på sammenkoblede elektrokemiske modeller. De giver os en bedre forståelse af aldringsmekanismerne og giver mulighed for yderligere optimeringspotentiale for batteriet“, siger Josef Gandlgruber.
Under rundturen gennem laboratorierne henviser ingeniør Bernhard Rieger også til prøvestanden for temperaturskiftslangtidstest: ”Her udsættes batteriet for et højt stressniveau med ekstreme temperaturer fra -30 til +60° C. På den måde får vi relevant indsigt i robustheden ved den termiske forbindelse af cellemodulerne.” Disse ekstreme tests afprøver grænser, som man som bilist ved hverdagsbrug nok meget sjældent støder på.

Al indsigten fra prøvestandstestene indgår i produktionen af batteriprototyper, som udføres af eksperterne hos Audi batteriteknikummet. Der bygges de nødvendige prototypebatterier til alle nye elbiler, der er under udvikling. Til det formål udstyrer Audi specialisterne allerede på et tidligt tidspunkt i udviklingen batterierne med over 100 temperatursensorer for at kunne analysere temperaturfordelingen i cellerne i batterisystemet nøjagtigt. På dette sted i processen udføres der også virtuelle simuleringer via digitale tvillinger af batterierne, som ligeledes leverer vigtige parametre til optimering af batterikonstruktionen.
Når batteriet så har alle de ønskede egenskaber og bliver godkendt, så foregår serieproduktionen af Audis højvoltsbatterier ikke langt fra laboratorierne i en særskilt hal i Audi produktionen. Der samles op til 1.000 batterier om dagen ud fra enkelte moduler, så de er klar til bilerne fra PPE-platformen. Der integreres nye batterigenerationer ved nylanceringer eller opgraderinger af Audi modeller. Og hvordan ser Audi batterispecialisten Dr. Bernhard Rieger på den videre udvikling af bilbatterierne? ”Når det gælder cellekemien, ser vi faktisk nogle dynamiske udviklingsfremskridt. Eksempelvis kunne vi opgradere højvoltsbatteriet i Audi e-tron fra 95 kWh til 114 kWh i Audi Q8 e-tron kun ved hjælp af en ny cellekemi. Jeg har arbejdet i batteriteknikummet i 12 år. Og vi opnår stadig nye erkendelser hver eneste uge.”