Audi desarrolla una plataforma modular para vehículos eléctricos

Audi ha desarrollado bajo el proyecto de investigación “e performance” (“rendimiento eléctrico”), después de tres años de trabajo, un sistema de construcción modular para vehículos eléctricos. Audi ha colaborado con Bosch y con varios institutos en la RWTH Aachen University en el marco de un proyecto de investigación subvencionado por el Ministerio de Educación e Investigación de Alemania (BMBF).

Los módulos de esta plataforma tecnológica se pueden utilizar en una gran variedad de automóviles propulsados por energía eléctrica y uno de ellos es la plataforma deportiva “e Sport”, que se presenta en el prototipo de investigación F12, basado en la carrocería del Audi R8.

Audi puso en marcha en octubre de 2009 el proyecto “e-performance”, dentro de las instalaciones de Audi Electronics Venture GmbH (AEV). El objetivo era realizar una arquitectura para automóviles propulsados por electricidad que pudiera ser modulable en diferentes formatos, es decir, una plataforma tecnológica flexible que también incluyera la solución de los híbridos enchufables. Debería, por tanto, ser adecuada para el uso en cualquier tipo de vehículo, desde un deportivo a una berlina, pasando por un coche urbano.

Se involucró en el proyecto a expertos del mundo académico y de la industria, que han contado con un presupuesto para trabajar de 36 millones de euros. Los ingenieros de Audi AG y de Audi Electronics Venture colaboraron estrechamente con Robert Bosch GmbH, Bosch Engineering GmbH y tres institutos de la RWTH Aachen University: el Institute of Automotive Engineering (ika), el Institute for Power Electronics and Electrical Drives (ISEA) y el Institute of Electrical Machines (IEM).

También fueron miembros del consorcio las universidades técnicas de Múnich, Dresden e Ilmenau, la Leibniz University Hanover, los institutos Fraunhofer IESE e IISB, así como la Forschungsgesellschaft Kraftfahrwesen (Sociedad de Investigación de Ingeniería Automotriz) mbH Aachen. El Ministerio de Educación e Investigación de Alemania (BMBF) apoyó el proyecto “e performance” con alrededor de 23 millones de euros.

El proyecto “e performance” se dividió en una docena de paquetes de trabajo, desde los sistemas de almacenamiento de energía hasta el concepto de control, pasando por el control de estabilidad dinámica. En las fases iniciales los participantes trabajaron principalmente con avanzadas herramientas de simulación, después construyeron submódulos y finalmente un coche conducible, el F12.

Este vehículo deportivo tenía un aspecto similar en su exterior al del Audi R8 de producción, pero es un automóvil propulsado por energía 100% eléctrica. El F12 representa al modelo “e Sport” dentro de la plataforma de sistema modular. De hecho, gracias a su ligera carrocería de aluminio en construcción ASF el peso del F12 se queda en 1.650 kilogramos y puede presumir de unas prestaciones deportivas: menos de 7 segundos para acelerar de 0 a 100 km/h y una velocidad máxima limitada electrónicamente a 180 km/h, con una autonomía de unos 200 kilómetros.

En lo que respecta a la técnica de transmisión, los ingenieros del proyecto de investigación “e performance” siguieron su propio camino. Los componentes centrales del F12, todos ellos piezas únicas hechas a medida, se pueden cambiar sin esfuerzo alguno para así poder simular una y otra vez nuevas configuraciones. La matriz del sistema es escalable; si los ingenieros adaptan los componentes de la manera oportuna, también pueden recrear una berlina y un automóvil urbano con sistema de propulsión híbrido eléctrico o enchufable.

Una de las áreas clave del proyecto fue la batería de alto voltaje. En el F12 está compuesta por dos bloques separados, con una capacidad total de más de 38 kWh, y cada bloque está hecho de 200 macrocélulas. El bloque delantero va montado longitudinalmente en el túnel central, que ha sido adaptado para tal fin, mientras que el trasero va montado transversalmente delante del eje trasero. Las baterías, refrigeradas por líquido, pesan unos 400 kilos.

Las paredes biseladas permiten a las macrocélulas desplazarse de forma relativa respecto a otras, para conseguir una seguridad adicional en caso de accidente. Las secciones de aluminio fundido del sistema de batería absorben la mayor parte de la energía si se produce un impacto.

Además, la batería trasera va integrada en un receptáculo ultraligero fabricado en material plástico reforzado con fibra de carbono (CFRP). Los cálculos por ordenador y las pruebas iniciales en el nivel de los componentes indican que este concepto de seguridad puede incluso resistir el impacto lateral con un poste.

El coche laboratorio está propulsado por tres motores eléctricos diferentes, cada uno de los cuales puede ser controlado de forma separada. Durante la conducción a baja velocidad sólo está activo el motor síncrono, conectado con el eje delantero. A velocidades más altas, entran en juego los motores asíncronos de rendimiento optimizado que van en el eje trasero. Los tres motores eléctricos juntos producen 150 kW (204 CV) y 550 Nm de par.

Su interacción, con un control inteligente que distribuye la fuerza motriz en función de las necesidades mediante el sistema de vectorización del par “torque vectoring”, convierte al e Sport en un modelo con tracción quattro completamente eléctrico.

Otra de las innovaciones de la plataforma tecnológica es el sistema eléctrico de alta tensión conmutable. Las dos baterías tienen voltajes de salida diferentes, una de 144 voltios y la otra de 216. La uniformidad requerida para el sistema de voltaje está proporcionada por un convertidor DC/DC. Con carga parcial el voltaje es de alrededor de 200 voltios para lograr la máxima eficiencia. Según se incrementa la demanda de potencia y velocidad éste aumenta hasta los 440 voltios.

El F12 también utiliza una bomba de calor eficiente para la gestión térmica del sistema de propulsión y del interior. Ésta regula la temperatura de las baterías en función de la situación y puede también almacenar calor en ellas, de manera que se necesita menos energía para calentar el habitáculo la próxima vez que se conduce el coche.

El conductor del F12 controla las funciones de marcha básicas (Aparcamiento, Marcha Atrás, Punto Muerto y Marcha) a través de una serie de botones situados en el túnel central. Todas las demás operaciones, entre ellas el grado de recuperación de energía o del sintetizador de sonido e-Sound que simula el ruido de un motor deportivo, se controlan por medio de un ordenador tipo tableta, que puede extraerse de la consola central, para configurar el automóvil a distancia. El tablero de instrumentos programable por el usuario muestra toda la información relevante en alta resolución.

El proyecto de investigación “e performance” tiene la libertad de perseguir planteamientos completamente nuevos. Gracias a modernas herramientas de desarrollo y a la innovadora gestión del conocimiento, los socios del proyecto han sido capaces de establecer una red de trabajo muy flexible. Los investigadores emplearon cámaras para documentar cada etapa del diseño y pusieron sus conocimientos al servicio de los demás, en un servidor accesible a todos los socios colaboradores de Alemania.

Esta transparencia y las estrechas redes de trabajo convirtieron a “e performance” en un proyecto de investigación con un profundo efecto de aureola para Alemania, país base de la industria y la investigación. La colaboración no ha terminado con la finalización del F12.

Los primeros proyectos que seguirán a éste y que estarán centrados en temas técnicos específicos, como la gestión térmica, ya están en marcha. Soluciones individuales, como el alojamiento de fibra de carbono con refuerzos plásticos (CFRP) para la batería trasera, tienen buenas perspectivas para ser utilizadas más adelante en la producción en serie.

El Ministerio de Educación e Investigación de Alemania quiere continuar apoyando el desarrollo de nuevos conceptos de automóviles, principalmente en las áreas de la batería, los sistemas electrónicos de alto rendimiento y la gestión global de la energía.

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