"Z novo tehnologijo MHEV plus si v naših novih vozilih z motorji z notranjim zgorevanjem na osnovi platforme PPC (Premium Platform Combustion) prizadevamo za elektrifikacijo, ki je prilagojena potrebam naših kupcev," je povedal Geoffrey Bouquot, direktor tehničnega razvoja v družbi AUDI AG. "S tem krepimo naš produktni portfelj popolnoma električnih modelov, priključnih hibridov in vozil z učinkovitimi motorji z notranjim zgorevanjem."

Tehnologija MHEV plus med drugim omogoča delno električno vožnjo, električno kratkotrajno povečanje moči ter občutno povečanje učinkovitosti in udobja. Blagi hibridni sistem v novih modelih Audi A5 in Q5 je sestavljen iz treh bistvenih komponent: kompaktno zasnovanega novega alternatorja v pogonskem sklopu z integrirano močnostno elektroniko in sinhronskim motorjem s stalnim vzbujanjem (PSM), 48-voltne baterije in jermenskega zagonskega alternatorja. Komponente 48 voltnega sistema so tekočinsko hlajene, kar omogoča doseganje optimalnih pogojev delovanja. Arhitekturo sistema MHEV plus je mogoče integrirati v različne modele s sprednjim pogonom in pogonom quattro, ki temeljijo na platformi PPC (Premium Platform Combustion).

Alternator v pogonskem sklopu kot dodaten pogonski modul

Dodatna bistvena prednost: sistem MHEV plus povečuje zmogljivost in udobje vožnje. Kompaktni in hkrati zmogljivi električni pogonski modul v novem sistemu MHEV plus je alternator v pogonskem sklopu. Prav po tej komponenti se sistem najbolj razlikuje od Audijeve dosedanje tehnologije MHEV, ki deluje izključno z jermenskim zagonskim alternatorjem. Alternator v pogonskem sklopu, ki je v kompaktni enoti z integrirano močnostno elektroniko nameščen neposredno na izstopno gred menjalnika, lahko prispeva do 18 kW (24 KM) električne pogonske moči. Modul na izhodu iz menjalnika omogoča največji navor 230 Nm, ki je na voljo že pri zagonu vozila kot pogonski navor. Kompaktni menjalnik alternatorja v pogonskem sklopu deluje s prenosom 3,6 : 1. Za čim večjo učinkovitost uporablja sistem MHEV plus alternator v pogonskem sklopu do hitrosti največ 140 km/h. Pri višjih hitrostih se ta alternator prek integrirane parkljaste sklopke odklopi od pogonskega sklopa.

Pri razvoju v ospredju zahteve kupcev

Audi je tehnologijo MHEV plus razvil na podlagi pričakovanih zahtev kupcev. Obstoječi klasični pogonski sklopi s funkcijo start-stop ali blago hibridizacijo prve generacije že stavijo na module za večjo učinkovitost, kot so izklop motorja v mirovanju, jadranje, prosti tek z izključenim motorjem in 12- oz. 48-voltna rekuperacija. K bistvenim prednostim višje stopnje elektrifikacije, ki jo je omogočila nova tehnologija, spadajo povečanje udobja sistema start-stop, brezemisijsko jadranje, rekuperacija, delno električna vožnja, na primer pri električnem parkiranju in manevriranju, ter povišana zmogljivost zaradi električne podpore motorju z notranjim zgorevanjem.

Zato se lahko vozilo pri počasni vožnji v mestu, v počasnem prometu, na primer na regionalnih cestah, kot tudi pri približevanju naslednjemu kraju premika na izključno električni pogon, tako da je lahko motor z notranjim zgorevanjem dlje časa izključen. Poleg tega je občutno boljše in bolj spontano tudi speljevanje, saj alternator v pogonskem sklopu že pri nizkih hitrostih zagotovi pogonski navor do 230 Nm. Zato se je bistveno izboljšala odzivnost, tako da je vožnja občutno agilnejša še zlasti pri speljevanju na prvih metrih.

V hitrostnem območju med 0 in največ 140 km/h lahko alternator v pogonskem sklopu podpira motor z notranjim zgorevanjem. MHEV plus zagotavlja dodatno električno moč do 18 kW, ki omogoča, da motor z notranjim zgorevanjem deluje v čimbolj učinkovitih načinih delovanja. V tem hitrostnem območju lahko alternator v pogonskem sklopu z rekuperacijo do trenutka tik pred zaustavitvijo vozila regenerira do 25 kW. Integrirani sistem za uravnavanje zaviranja, ki omogoča kombiniranje načinov zaviranja, skrbi za breztlačno zaviranje in kar najboljšo rekuperacijo, večinoma brez uporabe torne zavore. MHEV plus poleg tega na podlagi električnega kompresorja klimatske naprave omogoča neprekinjeno delovanje klimatske naprave tudi ob izklopu motorja z notranjim zgorevanjem, na primer med čakanjem pred rdečim semaforjem.

Optimalno dopolnjevanje sestavnih delov

Jermenski zagonski alternator ima v okviru tehnologije MHEV plus nalogo zagona motorja in dodatnega dovajanja električne energije za baterijo. Jermenski pogon ima v primerjavi z zobniškim zaganjalnikom akustične prednosti in omogoča višje začetno število vrtljajev motorja z notranjim zgorevanjem. Rezultat sta manjša poraba in udobnejši zagon. Poleg tega lahko jermenski zagonski alternator regenerira energijo motorja ob izklopu in za ponovni zagon valje namesti v optimalni položaj.

Litij-ionska baterija na osnovi litij-železovega fosfata ima kapaciteto 37 amperskih ur oz. skoraj 1,7 kWh (bruto). Njena največja moč praznjenja znaša 24 kW. Baterija je zaradi zahtev glede razpoložljivosti, moči in navora vključena v nizkotemperaturni tekočinski hladilni krogotok, ki zagotavlja optimalne pogoje v območju med 25 in 60 stopinjami Celzija. Audi je tako prvič v katerem od svojih blagih hibridnih sistemov uporabil litij-železofosfatno baterijo.

Izpopolnjena strategija delovanja sistema MHEV plus

Pri hibridnem sistemu velja zlato pravilo, da baterija deluje najučinkoviteje, kadar je napolnjena od 50- do 60-odstotno, saj lahko tako dovaja visoke tokove elektromotorju in tudi shranjuje visoke polnilne tokove pri rekuperaciji. Pri hibridnem sistemu poudarek ni na električnem dosegu, temveč na praznjenju in polnjenju baterije v hitrih ciklih. Tako je mogoče kar največ energije regenerirati in čim prej spet učinkovito uporabiti za pogon.

Pri tehnologiji MHEV plus krmilna programska oprema za optimalno medsebojno učinkovanje motorja z notranjim zgorevanjem, alternatorja v pogonskem sklopu in jermenskega zagonskega alternatorja analizira stanje delovanja vozila. Zato so v sistemu shranjene karakteristike za optimalno uporabo obeh elektromotorjev in ciljni navori za pogon ali rekuperacijo. Pri tem se upošteva stanje napolnjenosti baterije. Cilj je stabilno vozno stanje – in pri tem regulacijski sistem glede na situacijo pride do različnih rezultatov. Strategija delovanja dodatnih električnih pogonov je optimizirana za posamezni motor z notranjim zgorevanjem. Rezultat je kar najnižja poraba, brez kompromisov pri vozni dinamiki.

Pri strategiji delovanja se upoštevata izbrani vozni program in modulacija voznega pedala. Vsa dodatna električna moč maks. 18 kW, ki jo zagotavlja alternator v pogonskem sklopu, se v voznem programu D uporabi šele pri 80-odstotni modulaciji voznega pedala ali aktiviranju funkcije kickdown. V voznem programu S je 18 kW dodatne moči na voljo že pri manjših modulacijah voznega pedala. V programu D je mogoče alternator v pogonskem sklopu odklopiti že pri hitrostih od 85 km/h, da bi tako pri konstantni vožnji z motorjem z notranjim zgorevanjem na regionalnih cestah in avtocestah preprečili električne izgube sočasno delujočega elektromotorja alternatorja v pogonskem sklopu. V programu S pa alternator v pogonskem sklopu ostane priklopljen do svojega največjega dovoljenega števila vrtljajev 5.550/min, da bi bilo v vsakem trenutku omogočeno spontano odzivanje.

V zvezi s programoma D in S se pri strategiji delovanja razlikuje predvsem želena ciljna napolnjenost 48-voltne baterije. V programu D srednja, tj. 50- do 55-odstotna napolnjenost baterije pomeni optimalno ravnovesje, da je po eni strani na voljo dovolj energije za električno podporo motorja z notranjim zgorevanjem in po drugi za delno električno vožnjo. Tolikšna napolnjenost baterije poleg tega zadošča, da je zagotovljene dovolj sprejemne kapacitete za velike rekuperativne količine zavorne energije, ki se generira med mehkimi in daljšimi, za voznika relevantnimi fazami zaviranja, npr. pred semaforji ali krajevnimi tablami. V programu S pa višja, tj. pribl. 70-odstotna ciljna napolnjenost baterije zagotavlja večjo količino razpoložljive energije za električno podporo motorju z notranjim zgorevanjem pri športni vožnji. Pri športnem načinu vožnje so faze zaviranja pričakovano močnejše in krajše, tako da je mogoče računati z manjšo količino regenerirane energije.

Uporaba alternatorja v pogonskem sklopu ima tudi voznodinamične prednosti, saj se vozilo zaradi dodatnega navora, ki je neposredno na voljo, bolj spontano odziva na spremembe obremenitve in agilneje pospešuje iz ovinkov. Poleg tega so spremembe obremenitve v programih D in S modulirane različno, da bi v programu D dosegli udobnejše, v programu S pa še bolj spontano odzivanje vozila.

Modeli s sistemom MHEV plus lahko vozijo tudi z izključno električnim pogonom, če se vozilo na primer približuje mestu in nato z alternatorjem v pogonskem sklopu ohranja hitrost. Če voznik ali sistem adaptive cruise control (ACC) zahteva več moči od določene vrednosti, se zažene motor z notranjim zgorevanjem in prevzame pogon. Prag dodatnega zagona je odvisen od trenutnega stanja napolnjenosti 48-voltne baterije in hitrosti vozila.

Če je trenutna napolnjenost manjša od ciljne napolnjenosti, se motor z notranjim zgorevanjem zažene prej. Po eni strani zato, da se energija ne bi več trošila za električno vožnjo, zaradi česar bi se stanje napolnjenosti baterije še znižalo. Po drugi strani pa lahko motor z notranjim zgorevanjem s povečanjem moči v kombinaciji z jermenskim zagonskim alternatorjem in alternatorjem v pogonskem sklopu po potrebi napolnjenost baterije spet poveča – torej baterijo napolni. To pa ne velja za električno manevriranje, lezenje in parkiranje, ki se ohranijo do občutno manjše napolnjenosti.

Če je trenutna napolnjenost večja od ciljne napolnjenosti, se motor z notranjim zgorevanjem zažene kasneje – pri nekoliko višji moči, kot je zahtevana. Tako se 48-voltna baterija izprazni v smeri ciljne napolnjenosti, da bi lahko pri prihodnjem zaviranju sprejela dovolj rekuperacijske energije. Prag dodatnega zagona glede na voznikovo zahtevo se ob naraščajoči hitrosti vozila znižuje. Poenostavljeno rečeno: višja ko je hitrost vožnje, bolj motor z notranjem zgorevanjem podpira pogon.

Povečanje učinkovitosti v pogonskem sklopu v kombinaciji s posamezno prostornino rezervoarja torej zagotavlja občutno večji doseg. To pa znatno prispeva k zmogljivosti za dolge razdalje in k potovalnemu udobju modelov, opremljenih s tehnologijo MHEV plus.

¹ Motor 2.0 TDI, 150 kW, pogon spredaj/quattro: poraba goriva v l/100 km, kombinirana vožnja: 5,7–4,8; izpusti CO₂ v g/km, kombinirana vožnja: 150–125.

² Motor 3.0 TFSI V6, 270 kW, pogon quattro: poraba goriva v l/100 km, kombinirana vožnja: 8,0–7,4; izpusti CO₂ v g/km, kombinirana vožnja: 182–169.