MHEVplus: So funktioniert das Hybridsystem von Audi

In einigen Baureihen hält Audi noch strikt am Verbrennungsmotor fest. Der A5 und der Q5 waren die ersten, die auf der Premium Platform Combustion(PPC) aufbauen, mit dem A6 ist nun die dritte Baureihe dazugekommen.

Während es aber beim A6 mit dem A6 e-tron auch ein vollelektrisches Modell gibt (das auf der Premium Platform Electric aufbaut), sind bei den drei anderen Baureihen Plug-in-Hybriden das höchste der Gefühle bei der Elektrifizierung.

Das Gros der Modelle bei A5 und Q5 ist mit einem Mildhybridsystem ausgestattet, das Audi MHEVplus getauft hat. Das «plus» bezieht sich auf den Fortschritt gegenüber der Vorgängergeneration, der sich vor allem durch den Einsatz des so genannten Triebstranggenerators (TSG) ergibt. Dieser unterstützt den Verbrenner zum Beispiel beim Anfahren mit einem Leistungskick – bis zu 18 kW (24 PS) und 230 Newtonmeter lassen jedes Turboloch bei niedrigen Drehzahlen vergessen.

Dieser Triebstranggenerator (inklusive Leistungselektronik) ist eine von drei Hauptkomponenten, aus denen das MHEVplus-System besteht.

Die Batterie: Erstmals setzt Audi eine Lithium-Ionen-Batterie auf Basis von Lithium-Eisenphosphat (LFP) ein. Diese hat eine Speicherkapazität von 37 Amperestunden, das entspricht knapp 1.7 kWh (brutto). Ihre maximale Entladeleistung liegt bei 24 kW. Für Batterie-Wohlfühltemperaturen sorgt ein Niedrigtemperatur-Wasserkühlkreislauf, er hält die Temperatur zwischen zwischen 25 und 60 Grad Celsius.

Der Riemenstartergenerator: Der RSG war schon im bisherigen Hybridsystem im Einsatz und hat vor allem die Aufgabe, den Motor zu starten und elektrische Energie für die Batterie zu liefern. Der Riemenantrieb hat gegenüber einem Ritzelstarter akustische Vorteile und erreicht eine höhere Startdrehzahl des Verbrenners. Damit ergeben sich ein Verbrauchsvorteil und ein erhöhter Startkomfort. Zudem kann der RSG die Energie des Motors beim Abschalten zurückgewinnen und stellt für den Wiederstart die Zylinder in die optimale Position.

Der Triebstranggenerator: Das wesentliche Bauteil des MHEVplus-Systems. Der Elektromotor (permanenterregt) wurde in einer kompakten Einheit mit integrierter Leistungselektronik direkt an die Ausgangswelle des Getriebes gesetzt. Dort kann bis zu 18 kW (24 PS) elektrische Leistung zum Antrieb beitragen. Das maximale Drehmoment von 230 Nm steht schon beim Fahrzeug-Start als Antriebsmoment zur Verfügung.

Die Integration direkt hinter den Getriebeausgang hat den Vorteil, dass die Antriebskräfte des TSG nicht noch vom Getriebe verarbeitet werden müssen – und trotzdem die volle Flexibilität im Antriebsstrang erhalten bleibt. Ganz gleich, ob die Antriebskräfte bei den Frontantriebsmodellen direkt auf die Vorderräder geleitet werden oder bei den quattro-Versionen auf beide Achsen. Für maximale Effizienz nutzt MHEVplus den TSG bis maximal 140 km/h. Bei höheren Fahrzeuggeschwindigkeiten koppelt sich der TSG über eine integrierte Klauenkupplung vom Antriebstrang ab.

Der TSG wiegt rund 21 Kilogramm und ermöglicht auf der Abtriebswelle eine maximale Drehzahl von 5550 Umdrehungen pro Minute. Dies entspricht je nach Fahrzeug- und Antriebsvariante einer Geschwindigkeit von 130-140 km/h.

Eine weitere Komponente, die bei der Rekuperation eine wichtige Rolle spielt, ist das das iBRS, das integrierte Bremsregelsystem. Übernommen aus den vollelektrischen e-tron-Modellen, sorgt es für ein druckloses Anbremsen und erreicht die notwendige Verzögerung mittels Rekuperation ohne Einsatz der mechanischen Radbremse. Erst bei stärkerer Betätigung des Bremspedals setzt die mechanische Radbremse ein.

Durch die elektrische Unterstützung des Verbrenners zum Beispiel in Kaltstartphasen, durch elektrische Fahranteile im Stadtverkehr, beim Rangieren oder Parkieren, durch emissionsfreies Segeln ergeben sich Verbrauchsvorteile, die zwischen einem knappen halben und einem Dreiviertelliter auf 100 Kilometer betragen. Dazu kommt ein Komfortgewinn des Start/Stopp-Systems. Durch den elektrischen Klimakompressor läuft die Klimaanlage auch bei Motor-Aus an der Ampel weiter.

Weil der TSG bis zu 230 Newtonmeter Drehmoment beisteuert, ergibt sich ein spontaneres Anfahrverhalten des Fahrzeugs. Die Folge ist ein spürbar besseres Ansprechverhalten, das besonders beim Anfahren auf den ersten Metern einen Agilitätsgewinn bietet.

Der Fokus beim Hybridsystem liegt nicht auf elektrischer Reichweite, sondern auf Batterieentleerung und -füllung in schnellen Zyklen. So lässt sich möglichst viel Energie zurückgewinnen und zeitnah wieder effizient für den Antrieb einsetzen. Deshalb arbeitet eine mit 50 bis 60 Prozent geladene Batterie am effizientesten.

Im MHEVplus-System wertet eine Steuersoftware den Betriebszustand des Fahrzeugs für das optimale Zusammenspiel zwischen Verbrenner, TSG und RSG aus. Hinterlegt sind dafür Kennlinien für den optimalen Einsatz der beiden Elektromaschinen sowie Wunschmomente für Antrieb oder Rekuperation. Dabei wird der Batterieladezustand berücksichtigt.

Die Betriebsstrategie berücksichtigt ausserdem den gewählten Getriebemodus und die Modulation des Fahrpedals. So setzt die volle elektrische Zusatzleistung durch den TSG im Fahrmodus D nur ab etwa 80 Prozent Fahrpedal oder Kickdown ein. In der Fahrstufe S stehen die 18 kW Zusatzleistung bereits ab niedrigeren Fahrpedalwerten zur Verfügung.

In D kann der TSG bereits ab 85 km/h abgekoppelt werden, um bei Konstantfahrt mit dem Verbrenner auf Landstraßen und Autobahnen elektrische Verluste der mitdrehenden E-Maschine zu vermeiden. In S bleibt der TSG hingegen bis zu seiner maximal zulässigen Drehzahl von 5550 U/min angekoppelt, um jederzeit ein spontanes Ansprechen zu ermöglichen.

Der Fahrmodus hat auch Auswirkungen auf den gewünschten Füllstand der Batterie. In D liegt der optimale SoC (State of Charge) bei 50 bis 55 Prozent. Damit hat man genug Energie für die elektrische Unterstützung des Verbrenners, aber auch genug Platz in der Batterie, um während längerer Rekuperationsphasen Strom aufzunehmen.

Im Fahrmodus S hingegen liegt der Ziel-SoC bei rund 70 Prozent. Bei sportlicher Fahrweise muss die Batterie mehr Energie zur Unterstützung liefern, gleichzeitig fallen die Bremsphasen kürzer aus, in der Strom zurückgewonnen werden kann.

Das TSG hat dabei auch fahrdynamische Vorteile, denn durch das zusätzliche und unmittelbar einsetzende Drehmoment reagiert das Fahrzeug auf Lastwechsel spontaner und beschleunigt agiler aus Kurven.