电动汽车必须适合日常使用,购买决策受续航里程和电池充电性能的影响很大。出于这个原因,奥迪在其位于盖默斯海姆的电池测试中心自行设计、开发和检查电池单元和电池组件。

黑色、红色、金色——这些颜色表示电池的充电状态。在充电过程中,锂离子沉积在石墨负极中,石墨根据充电状态改变颜色。放电时,石墨呈黑色;充电到一半,变成红色;充满电后,石墨呈金黄色。

“这让我们能够看到和评估充电状态,” 盖默斯海姆奥迪电池测试中心的电池专家 Bernhard Rieger 博士解释道。当电极充电时,它们不会均匀充电。在锂离子数量最多的地方,电极充电速度最快。这导致充电状态梯度。理想情况下,一切都是相同的颜色。但这需要一个极薄的电极,而该电极又具有可忽略的容量。“

在锂离子电池的快速充电方面,技术在于精确的电流控制,以防止黄金区域的阳极过度充电。这会导致过早衰老,”Rieger 说。“这意味着我们的任务在于确保锂离子电池的理想运行,以实现最佳的续航里程和充电性能。” 对于奥迪客户来说,这保证了电池电动汽车具有出色的续航里程和充电性能。“一旦满足了该系列的基本需求,充电容量就变得更加重要。”

Gaimersheim 盖默斯海姆中心的技术人员因此面临着相互冲突的目标。“我们有一个有限的电池包裹空间可供我们使用,我们必须将尽可能多的能量装入其中,”Rieger 评论道。“但我们也希望能够尽快为其充电。”

冲突在于能量密度越大,电池充电所需的时间越长。这意味着电池技术人员面临着一种平衡行为,要求他们至少保持充电时间恒定,同时提高能量密度。为了快速充电大量能源,充电容量是项目开发议程上的一个早期点。在这一领域,如今有不少于两款奥迪车型在设定标准:奥迪 e-tron GT quattro 中使用的 93 kWh 高压电池中的电池可充电 5% 至 80%,功率高达 270 kW。理想条件下 22.5 分钟。2019 年首次上市的奥迪 e-tron,以其独特的高原式充电曲线,至今仍被视为标杆,

“我们在开发理想控制的电池和电流控制方面投入了大量时间,以实现尽可能快的充电时间以及高效率和长使用寿命,”Rieger 解释说。因此,在盖默斯海姆,重点不仅限于电池:整个电池系统及其电子设备、热管理系统和高压外围设备与奥迪快速充电概念同样相关。“我们的系统从第一天开始设计时就考虑到了快速充电,因为以后很难增加充电容量。只有一个完美平衡的整体包装,从最早的阶段开始,每一个细节都很重要,才能达到所需的充电特性。”

除了能量密度和充电容量的标准外,电池单元还满足最高的使用寿命和安全标准。为此,单个电池和整个电池系统必须在盖默斯海姆约 4,400 平方米的中心通过多项测试。每个车辆项目都需要对数百个电池进行各种使用寿命和快速充电测试。电池必须通过 Gaimersheim 技术人员在 -30 至 +60 °C 温度之间的气候室中执行的不同充电和负载曲线。“我们的测试和检查在开始生产前大约四年的早期样品阶段开始,以便我们有时间在必要时进行重新调整”,电池专家 Rieger 解释说。

为了评估电池的老化现象,它们还会在大约一年的时间里暴露在高温下。这使奥迪可以模拟长达 15 年的车内使用寿命。Gaimersheim 的使用寿命测试台还允许技术人员加速重建约 300,000 公里的里程场景。其他测试包括碰撞和过充测试以及各种安全测试。可以模拟不同的驾驶场景,以优化高压组件的运行策略或热管理。“这个应用程序使我们能够对我们的电池进行最好的微调,”Rieger 说。“电池测量的新发现被重新发送回虚拟电池模型,因此我们可以观察对车辆的影响。” 盖默斯海姆也是原型电池建造设施的所在地。“在 Gaimersheim,我们有能力微调我们的电池设计和运营策略,以实现对奥迪来说完美的特性,”Rieger 总结道。“我如何操作和制造电池以充分利用它?这是我们每天在 Gaimersheim 电池测试中心回答的问题。”

所以,为了打造自己理想中的电动车,奥迪在电池领域下了苦功夫。未来,我们可以看到更多的汽车厂商打造自己的电池,增加产品的竞争力。