Нога журналиста здесь еще не ступала. Охрана, никакой фотоаппаратуры и даже мобильников... Это AEC, Audi Electronics Center - в этом четырехэтажном корпусе 50 испытательных стендов и более 400 специалистов. Целый НИИ автоэлектроники, благодаря которому в Audi мечтают в конце декады выйти в лидеры мирового электромобилестроения!
Бесконечные компьютеры, паутина проводов, груды всевозможного непонятного оборудования. «Здесь мы разрабатываем электроприводы: двигатели, силовую электронику, блоки управления». В создание AEC за последние два года вложено более 65 млн евро - сумма скромная по меркам топ-автопрома, но лиха беда начало.
Вот на небольшом испытательном стенде соединяют проводами аккумулятор, электронный блок и электромотор. Легким движением руки стенд накрывается кожухом - и превращается в климатическую камеру с диапазоном температур от -30°C до 130°C. Потому что терморежим компонентов электропривода - один из самых тонких и неудобных для разработчиков моментов. На кроссовере Audi Q5 Hybrid, к примеру, рубашки водяного охлаждения пришлось вписывать не только в корпус тягового электромотора (который разогревается до 180°С), но и в блок силовой электроники - импульсный инвертор, превращающий постоянный ток батареи в необходимый синхронному электромотору переменный трехфазный, тоже не страдает от холода, его температура - далеко за 100°С.
Два стенда для аккумуляторов мощностью 150 кВт каждый позволяют имитировать любую схему нагрузки на батареи с напряжением до 500 В и силой тока до 500 А. Здесь же исследуются эффективность систем охлаждения (газонепроницаемые, защищенные от взрыва камеры обеспечивают диапазон температур от -40°C до 80°С) и старение аккумуляторов (применяемые Audi батареи Sanyo рассчитаны на 10 лет службы)
Но куда сложнее дело обстоит с капризными литий-ионными аккумуляторами, которым для работы вынь да положь узкий диапазон 25-45°С. Если их не согревать зимой, емкость упадет на треть при -10°С и вполовину - при -20°С. Летом опаснее: при 55-60°С аккумуляторы начинают разрушаться - их приходится охлаждать даже во время стоянки на солнцепеке! Думаете, почему электромотор гибрида Q5 способен развивать максимальные 33кВт всего лишь на протяжении 10 секунд? Потому что система охлаждения иначе не сможет отвести выделяющееся тепло. И это притом, что после нагрева батареи до 37оС к делу подключится «отросток» от салонной системы кондиционирования с собственным испарителем.
А при морозе ниже -10°C Audi Q5 Hybrid превращается… Нет, не в тыкву, а в обычный автомобиль - до тех пор, пока тяговые аккумуляторы не прогреются салонным воздухом из зоны багажника до 5°C.
Но это еще что: электросуперкар Audi R8 даже с прогретыми при подзарядке от сети батареями нормально едет лишь до -15°C. Если пользоваться отопителем салона при отрицательных температурах, то 200-километровый запас хода снижается в полтора-два раза. А максимальная скорость «съест» батарейки уже через 100км даже летом - их хватит всего на полчаса движения по автобану.
Чтобы увеличить автономность, в Audi проектируют гибридомобиль A1 E-tron - с миниатюрным бензиновым роторно-поршневым двигателем Ванкеля и генератором в багажнике. Если его не заводить, то на литий-ионной батарее емкостью 12кВт·ч можно проехать 50 км, а с подзарядкой от «бензина» - 250 км. Однако хэтчбек массой 1190 кг с тяговым 45-киловаттным электромотором способен развить всего 130 км/ч. Да и «официальный» расход бензина 1,9 л/100 км на деле достижим только при движении с городскими скоростями и в режиме «розетка дома - розетка на работе»: с подзарядкой от сети через каждые 20 км. А в длительной поездке расход будет в 2-2,5 раза больше, что вполне сопоставимо с небольшим дизелем.
Стенд для отладки взаимодействия электрических компонентов (на фото - с установленными инвертором и электродвигателем гибрида Audi Q5) можно, накрыв кожухом, превратить в климатическую камеру
Вот когда человечество разработает более эффективные аккумуляторы... В Audi рассчитывают, что это произойдет в ближайшие 10-15 лет. А пока самые современные литий-ионные батареи способны вмещать 0,8-2,6 кВт·ч на килограмм собственного веса. У батареек сотовых телефонов, к примеру, удельная емкость почти в два раза выше - но и служат они в четыре-пять раз меньше.
Однако если Nissan, к примеру, самостоятельно занимается разработкой и производством тяговых батарей совместно с корпорацией NEC, Toyota - c Панасоником, а Honda и Mitsubishi - с GS Yuasa, то в Audi используют готовые аккумуляторы Sanyo. Впрочем, основной бизнес компании - производство обычных автомобилей. И несмотря на то что гибрид Q5 вот-вот пойдет в серию, электрификация для Audi - пока что работа на будущее.
Первые попытки
Первый гибридомобиль Audi Duo на базе универсала Audi 100 Avant датируется 1989 годом. Переднюю ось приводил пятицилиндровый бензиновый двигатель объемом 2,3 литра (136 л.с.), а заднюю - электромотор Siemens мощностью 9 кВт (12 л.с.). Два года спустя появилась усовершенствованная версия - на базе Audi 100 Avant Quattro с двухлитровой «четверкой» и более мощным, 20-киловаттным электромотором (28л.с.). На обеих электрических «сотках» стоял блок никель-кадмиевых аккумуляторов, который весил больше 200кг и вдобавок был неудобным в эксплуатации из-за «эффекта памяти» (если заряжать не полностью разряженный аккумулятор, его емкость уменьшается).
Третий Audi Duo на базе универсала A4 Avant был оснащен дизелем 1.9 TDI (90 л.с.) и электромотором с водяным охлаждением мощностью 21кВт (29 л.с.). Оба совместно приводили передние колеса, а электроэнергию накапливала расположенная в задней части кузова лишенная «эффекта памяти», но еще более тяжелая свинцово-гелевая аккумуляторная батарея, заряжаемая от бытовой розетки и при рекуперации во время торможения. На электротяге Duo мог проехать 50 км и разгонялся до 80км/ч (при включенном дизеле - до 170 км/ч). В 1997 году даже была выпущена небольшая партия этих гибридов, но до серийного производства дело не дошло.
Audi Duo, 1989 г.
Audi Duo, 1991 г.
Audi Duo, 1997 г.
Audi R8 E-tron - прототип полноприводного электросуперкара с четырьмя электромоторами суммарной мощностью всего 230кВт (313л.с.). Зато - гигантский крутящий момент в 4500 Нм: по паспорту до 100 км/ч купе ускоряется за 4,8 с. Вдобавок система e-quattro за счет распределения до 100% энергии на любой из четырех электродвигателей способна буквально ввинчивать машину в поворот, что довелось опробовать на треке - идеальное управление вектором тяги! Блок силовой электроники и пакет литий-ионных аккумуляторов Sanyo весом 550 кг с жидкостным охлаждением (масса всего электромобиля - 1600кг) расположены за спинками сидений. Их емкости (53 кВт·ч) хватает максимум на 200 км пробега (на товарных машинах автономность обещают увеличить до 250 км), зарядка от бытовой электросети длится шесть-восемь часов, а от высоковольтной - около двух с половиной часов. Начало производства небольших партий на предприятии Quattro GmbH в Некарсульме намечено на 2012 год, и это будет самый дорогой R8
Ощущения при разгоне гибридного Audi Q5 — как с бензиновой «шестеркой» (до 100 км/ч — за семь секунд, а с 80 до 120 км/ч — за шесть секунд), при этом средний расход топлива во время тестовой поездки по городу составил чуть больше 8 л/100 км. Электромотор кратковременно развивает пиковую мощность 33 кВт (45 л.с.) и момент 211 Нм — его хватает только в заторах и для неспешного перемещения, а потом в дело вступает ДВС — 211-сильный 2.0TSI (в режиме EV — с неприятным рывком мокрого многодискового сцепления). Максимальная скорость гибрида — 220 км/ч
Ощущения при разгоне гибридного Audi Q5 — как с бензиновой «шестеркой» (до 100 км/ч — за семь секунд, а с 80 до 120 км/ч — за шесть секунд), при этом средний расход топлива во время тестовой поездки по городу составил чуть больше 8 л/100 км. Электромотор кратковременно развивает пиковую мощность 33 кВт (45 л.с.) и момент 211 Нм — его хватает только в заторах и для неспешного перемещения, а потом в дело вступает ДВС — 211-сильный 2.0TSI (в режиме EV — с неприятным рывком мокрого многодискового сцепления). Максимальная скорость гибрида — 220 км/ч
Массивные блоки аккумуляторных батарей занимают весь объем кузова между спинками сидений и задней осью. При этом и центр тяжести, и развесовка по осям (42:58) остались, как у бензинового Audi R8 с мотором V10 объемом 5,2 литра
В качестве эксперимента в системе отопления прототипа использован тепловой насос — «кондиционер наоборот» с двумя конденсаторами. В одном переохлаждается хладагент, второй выделяет теплоту, а испаритель «высасывает» тепло из менее холодного, чем хладагент, забортного воздуха
Способность полупроводникового блока силовой электроники Bosch при номинальном напряжении 264 В за сотые доли секунды перерабатывать до 40 кВт мощности аккумуляторной батареи (для наглядности — это 400 стоваттных лампочек) требует жидкостного охлаждения
Синхронный электродвигатель Siemens по совместительству работает стартером и генератором (в режиме рекуперации). Его крутящий момент в 211 Нм доступен в диапазоне 500—5000 об/мин
Устройством силовой установки Audi Q5 Hybrid похож на гибридные Volkswagen Touareg и Porsche Cayenne — перед автоматической коробкой передач вживлен электромотор. Но «автомат» — не Aisin, а восьмиступенчатый ZF, давление в котором при заглушенном ДВС также поддерживает электронасос. Компрессор кондиционера — электрический (1,4 кВт), а отоплением салона заведует электронагреватель. Расположенный в краш-безопасной зоне литий-ионный аккумулятор Sanyo емкостью 1,3 кВт·ч состоит из 72 призматических ячеек, рассчитан на 10 лет службы и выдерживает несколько тысяч циклов зарядки и разрядки. Двухконтурная система охлаждения аккумуляторов производства фирмы Behr оснащена собственными вентилятором и испарителем хладагента и весит всего 5 кг, но увеличивает объем батарейного блока до 80 л (из которых АКБ весом 38 кг занимает 26 л). В России Audi Q5 Hybrid появится осенью этого года, а в начале 2012 года с теми же элементами силовой установки и трансмиссии (но без полного привода) будет выпускаться гибридный Audi A6
Объем багажника не изменился, но ниши для запасного колеса теперь нет. В лючке намертво прикрученного пола — предохранитель и сервисно-аварийный ручной выключатель высоковольтной батареи (при нагреве до 55°C АКБ отключается автоматически). Интересно, как к нему подбираться в аварийной ситуации с загруженным багажником?
есто тахометра в комбинации приборов занял измеритель мощности с пятью зонами: заряд (при рекуперации), движение на электротяге, «зеленая зона» экономичного использования ДВС, разгон на обоих моторах и кратковременно доступный форсированный режим Boost. На дисплее маршрутного компьютера отображается уровень заряда батареи, а на экран MMI можно вывести анимированную картинку состояния гибридной установки (электрический, смешанный режим или рекуперация) или гистограмму баланса расхода и восстановления энергии. При помощи кнопки EV на центральной консоли Audi Q5 кратковременно превращается из гибрида в электромобиль с максимальной скоростью 100 км/ч — не разгоняясь быстрее 60 км/ч, можно проехать три километра (этого достаточно, например, для передвижения внутри спальных районов)
есто тахометра в комбинации приборов занял измеритель мощности с пятью зонами: заряд (при рекуперации), движение на электротяге, «зеленая зона» экономичного использования ДВС, разгон на обоих моторах и кратковременно доступный форсированный режим Boost. На дисплее маршрутного компьютера отображается уровень заряда батареи, а на экран MMI можно вывести анимированную картинку состояния гибридной установки (электрический, смешанный режим или рекуперация) или гистограмму баланса расхода и восстановления энергии. При помощи кнопки EV на центральной консоли Audi Q5 кратковременно превращается из гибрида в электромобиль с максимальной скоростью 100 км/ч — не разгоняясь быстрее 60 км/ч, можно проехать три километра (этого достаточно, например, для передвижения внутри спальных районов)
«Последовательный» гибридомобиль Audi A1 E-tron должен пойти в серию через два года: передние колеса с приглушенным троллейбусным гулом вращает синхронный электромотор — он развивает 45 кВт номинальной и 75 кВт пиковой мощности (крутящий момент — 150 и 240 Нм соответственно). Т-образную литий-ионную батарею емкостью 12 кВт·ч, расположенную в центральном тоннеле и под задним сиденьем, от бытовой сети можно зарядить за три часа, но сзади расположен генератор с роторно-поршневым бензиновым мотором — при езде он включается нечасто, а его стрекот на 5000 об/мин едва уловим. Бензобак — объемом 12 л, разгон по паспорту — 10,2 с до 100 км/ч. Электрогидравлический усилитель руля — как у серийного Audi A1, а в тормозной системе — вакуумный электронасос
За открываемой с брелока передней эмблемой — электроразъем и... дисплей контроля зарядки!
За открываемой с брелока передней эмблемой — электроразъем и... дисплей контроля зарядки!
Вверху — шкалы электрического и бензинового «топливомеров»
В «черном ящике» под полом багажника — односекционный двигатель Ванкеля (0,245 л, 20 л.с.). Вместе с 15-киловаттным генератором, электронным блоком, бензобаком, системами охлаждения и выпуска он весит всего 65 кг
Интерьер обычный, но подрулевые лепестки не переключают передачи, а заведуют выбором степени рекуперации: на нулевом уровне она отсутствует, а на пятом интенсивное торможение электродвигателем может вернуть до 30% потраченной энергии
