Audi A7 Sportback h-tron quattro

Den kan køre over 500 km på en tankpåfyldning – og der kommer kun et par dråber vand ud af udstødningen: A7 Sportback h-tron quattro gør brug af en kraftfuld, sportslig elektrisk drivlinje med en brændselscelle som energikilde kombineret med et hybridbatteri og en ekstra elmotor bag i bilen. Drivlinjens opsætning gør den emissionsfri og 170 kW stærke Audi A7 Sportback h-tron quattro til en ægte quattro – en nyhed inden for brændselscellebiler.

Kort version

I forbindelse med Los Angeles Motorshow 2014 inviterer Audi internationale motorjournalister til selv at opleve de første testkilometer med den teknologiske konceptbil på offentlig vej.

“A7 Sportback h‑tron quattro er en ægte Audi – sportslig og effektiv på samme tid. Med sin e-quattro-konstruktion trækker den på alle fire hjul med to elmotorer”, forklarer Prof. Dr. Ulrich Hackenberg, der er Audis øverste chef for den tekniske udvikling. “Med konceptbilen h-tron viser vi, at vi også mestrer brændselscelleteknologien. Så snart markedet og infrastrukturen er klar til det, kan vi starte serieproduktionen op”.

Ved kørsel på brændselscelle bruger A7 Sportback h-tron quattro kun ca. 1 kg brint på 100 km kørsel – energiindholdet svarer til 3,7 l benzin. Tankvolumenen giver mulighed for en rækkevidde på over 500 km.

En optankning varer – som for en bil med forbrændingsmotor – kun ca. 3 min. Et batteri med en kapacitet på 8,8 kWh giver en ekstra rækkevidde på op til 50 km, og batteriet oplades via rekuperation eller alternativt også via en stikdåse. Som plug-in-hybrid sikrer A7 Sportback h-tron quattro sig hermed fremover en vigtig rækkeviddereserve.

Lang version

“A7 Sportback h‑tron quattro er en ægte Audi – sportslig og effektiv på samme tid. Med sin e-quattro-konstruktion trækker den på alle fire hjul med to elmotorer”, forklarer Prof. Dr. Ulrich Hackenberg, der er Audis øverste chef for den tekniske udvikling. “Med konceptbilen h-tron viser vi, at vi mestrer brændselscelleteknologien. Så snart markedet og infrastrukturen er klar til det, kan vi starte serieproduktionen op”.

Det lille “h” i navnet står for elementet brint. Rent optisk svarer de teknologiske konceptbiler, som Audi har medbragt til Los Angeles Auto Show, til seriemodellerne. Som folien med teksten h-tron viser, så er denne konceptbil med i familien sammen med de alternativt drevne Audi modeller e-tron og g-tron. Udvendigt er der ingen særlige kendetegn, der henviser til brændselscellen, som omdanner brint til strøm i bilen.

Brændselscellen

De afgørende forskelle befinder sig under motorhjelmen på A7 Sportback: Brændselscellen i Audis teknologiske konceptbil er monteret forrest i bilen som i en konventionel A7 Sportback med forbrændingsmotor. Da udstødningssystemet udelukkende udleder vanddamp, er det fremstillet af vægtbesparende kunststof.

Selve brændselscellen består af mere end 300 celler, der tilsammen udgør en stabel (“stack”). Kernen i hver enkelt celle er en membran af polymerkunststof. På begge sider af membranen sidder der en platinbaseret katalysator.

Brændselscellens funktion: Til anoden tilføres der brint, som spaltes i protoner og elektroner. Protonerne vandrer gennem membranen til katoden, hvor de sammen med ilten fra luften reagerer til vanddamp. Elektronerne derimod leverer den elektriske strøm uden for “stacken” – afhængigt af belastningspunktet udgør den enkelte celles spænding 0,6 til 0,8 V.

Den komplette brændselscelle arbejder i spændingsområdet fra 230 til 360 V. De vigtigste hjælpeaggregater omfatter følgende:
en turbokompressor, som presser luften ind i cellerne den såkaldte recirkulationsblæser – den fører ubrugt brint tilbage til anoden og øger dermed effektiviteten en vandpumpe Disse komponenter drives elektrisk på højspændingsbasis og får strøm fra brændselscellen.

Et separat kølekredsløb sørger for den nødvendige køling af brændselscellen En varmeveksler samt et termoelektrisk, selvregulerende ekstravarmeelement sørger for behagelige temperaturer i kabinen.

Brændselscellen, der arbejder i temperaturområdet omkring 80 grader celsius, stiller større krav til bilens køling end en sammenlignelig forbrændingsmotor, men opnår en overlegen virkningsgrad på op til 60 %. Det er næsten dobbelt så højt som en gængs forbrændingsmotor. Koldstartsevnen er sikret ned til -28 grader celsius.

Plug-in-hybrid

En særlig egenskab ved A7 Sportback h‑tron quattro er dens koncept som plug-in-hybrid – en konsekvent videreudvikling af forsøgsbilerne Audi A2 H2 og Q5 HFC. Den har et litium-ion-batteri ombord, som kan oplades via kabel fra en stikdåse, og med en energikapacitet på 8,8 kWh, der stammer fra A3 Sportback e-tron. Det er placeret under bagagerummet, og dets termostyring forløber via et separat kølekredsløb.

Dette effektfulde batteri er den perfekte partner til brændselscellen. Det kan lagre rekuperationsenergien under opbremsning og levere en markant ekstra ydelse med boost-funktionen ved fuldlast. Det giver mulighed for en imponerende acceleration – og gør A7 Sportback h-tron quattro til en ægte quattro. For- og bagakslen klarer sig uden mekanisk kraftoverføring. Det pågældende drejningsmoment til begge trækkende aksler kan reguleres elektronisk i tilfælde af slup og varieres trinløst.

Audi A7 Sportback h-tron quattro kan køre op til 50 km på strømmen fra batteriet. Batteriet i bagenden på plug-in-hybridbilen kan oplades via kabel. Alt efter spænding og strømstyrke varer en komplet opladning mellem 2 (industristikdåse/360 V) og 4 timer (husholdningsstikdåse med 230 V).

Batteriet arbejder i et andet spændingsområde end brændselscellen. Derfor er der indsat en jævnstrømsomformer (DC/DC) mellem de to komponenter. Den såkaldte triport-omformer er placeret bag stacken. I mange driftstilstande udligner den spændingen, så elmotorerne kan arbejde med deres maksimale virkningsgrad på 95 %.

Elektronikstyringen forrest og bagest i bilen omdanner jævnstrømmen fra brændselscellen og fra batteriet til vekselstrøm til elmotorerne, som trækker for- og bagakslen separat.

De to elmotorer, der sammen med spændingsomformerne køles af et lavtemperaturkredsløb, er permanent aktiverede synkronmotorer. De yder hver især 85 kW eller endda 114 kW, når spændingen øges et kort øjeblik. Det maksimale drejningsmoment udgør 270 newtonmeter pr. elmotor.

I elmotorernes huse er der integreret planethjulsgearkasser med en 1-trins udveksling på 7,6:1. En mekanisk parkeringslås og en differentialefunktion fuldender systemet.

Fascinationen ved e-quattro

Kørslen i Audi A7 Sportback h-tron quattro leverer den fulde fascination fra den elektriske drivlinje i forbindelse med den nye e-quattro. Den lydløse fremdrift er komplet til rådighed lige fra start, og brændselscellen opnår ved fuldlast sin maksimale ydelse i løbet af 1 sekund – mere dynamisk end en forbrændingsmotor, fordi hele drivlinjen kun omfatter nogle få mekaniske komponenter.

Med trækkraften fra 540 Nm sprinter Audi A7 Sportback h-tron quattro, der kun vejer ca. 1.950 kg, fra 0 til 100 km/h på 7,9 sek. Tophastigheden udgør 180 km/h – helt i top blandt konkurrenterne. e-quattro-konceptet kræver en præcis afstemning af elmotorerne til hinanden – den tekniske konceptbil kører til sammenligning sportsligt, stabilt og med godt vejgreb som en standardbil med mekanisk quattro.

Et powermeter – i stedet for omdrejningstælleren i kombiinstrumentet – informerer føreren om det aktuelle effektflow. I de yderste områder ses brinttankens påfyldningsstand og batteriets ladetilstand. Grafikker på MMI-skærmen visualiserer energiflowet. Når føreren trykker på EV-knappen, kører den tekniske konceptbil udelukkende på strøm fra batteriet.

Når man skifter fra position D til S i den automatiske gearkasse, bliver rekuperationen under deceleration kraftigere for at lade batteriet op på en effektiv måde under sportslig kørsel. Opbremsning foregår også næsten altid rent elektrisk: Elmotorerne fungerer så som generator og omdanner bilens kinetiske energi til elektrisk strøm, som lagres i batteriet. Først ved energiske opbremsninger eller nødopbremsninger aktiveres de fire skivebremser også.

På den højre sidedel på den femdørs coupé sidder tankklappen, og bag den er der en påfyldningsstuds til brint. En komplet optankning med H2 varer ca. 3 min. som for en konventionel bil. I den forbindelse kommunikerer tankene via et infrarødt interface med tanksystemet og afstemmer de pågældende tryk- og temperaturniveauer.

Nul emissioner

De fire brinttanke i Audi A7 Sportback h-tron quattro er placeret under bagagerumsbunden, foran bagakslen og i kardantunnelen. En udvendig beklædning af kulfiberforstærket kunststof (CFK) omgiver den indre skal af aluminium. Tankene kan lagre ca. 5 kg brint under et tryk på 700 bar – nok til en rækkevidde på mere end 500 km. I henhold til NEFZ-cyklussen ligger forbruget på ca. 1 kg brint pr. 100 km – en mængde, der indeholder samme energi som 3,7 l benzin.

Lokalt kører A7 Sportback h-tron quattro allerede i dag altid uden emissioner. Derudover kan den ved anvendelse af regenerativt produceret brint også køre globalt som nul-emissions-bil: Siden 2013 har Audi i den tyske delstat Niedersachsen drevet et pilotanlæg, hvor regenerativt udvundet vindstrøm anvendes til produktion af brint via elektrolyse. I øjeblikket bliver denne brint videreforarbejdet til ekstra produktion af syntetisk metan (Audi e-gas). Hvis man indfører brinten i et fremtidigt brintforsynings- og tankstationsnet, kan man tanke brændselscellebiler med den. Det er en konkret mulighed for bæredygtig mobilitet uden emissioner.

Forbrugsangivelser for Audi A7 Sportback:
Brændstofforbrug ved blandet kørsel i km/l: 10,5-21,3*
CO2-emission ved blandet kørsel i g/km: 122-221*

*En bils brændstofforbrug og CO2-emission varierer alt efter valget af fælge og dæk og afhænger ikke kun af bilens effektive udnyttelse af brændstoffet, men påvirkes også af kørestilen og andre ikke-tekniske faktorer.