Audi A2 e-tron: W ten sposób inwerter, silnik elektryczny i skrzynia biegów sprawiają, że jest bardziej efektywny
Nowy Audi A2 e-tron w najoszczędniejszej wersji zużywa zaledwie 12,8 kWh/100 km w cyklu WLTP. Dzięki temu należy do najoszczędniejszych samochodów elektrycznych w ogóle. Już wcześniej było wiadomo, że kluczową rolę odgrywają tu inwertery na bazie węglku krzemu. Teraz producent wyjaśnia dodatkowe szczegóły.
Rekordowo niski zużycie energii osiąga się w modelu Audi A2 e-tron z silnikiem napędzającym tylne koła o mocy 140 kW oraz opcjonalnym pakietem efektywności w cenie 2.410 euro. Składa się on z obniżonego zawieszenia typu sportowego oraz opon o optymalizowanym oporze toczenia. Również nowy silnik odgrywa tu ważną rolę. Ulepszenia dotyczą inwertera, silnika elektrycznego APP350 (o konfiguracji osiowej równoległej z momentem obrotowym około 350 Nm) oraz skrzyni biegów jednastopniowej.
Tylna oś Audi A2 e-tron z inwerterem, APP350 oraz przekładnią wejściową
Zdjęcie: Audi
Inwerter
Inwerter przekształca prąd stały z baterii na prąd przemienny potrzebny do napędu silnika. W tym procesie konieczne jest przekształcenie napięcia stałego wynoszącego około 400 woltów na napięcie sinusoidalne. Do tego celu stosuje się modulację szerokości impulsu: polega ona na ciągłym zmienianiu polaryzacji, na przykład z +400 woltów na -400 woltów i z powrotem. Gdy szerokość tych impulsów napięciowych jest różna, powstaje (po wygładzeniu dzięki induktywności miedzianych cewek) krzywa sinusoidalna.
Przełączanie przejmują tranzystory; w tym procesie nieuchronnie powstają tak zwane straty przełączania, ale przy użyciu tranzystorów efektu pola typu metal-oksyd-półprzewodnik (MOSFET) opartych na węglku krzemu zamiast krzemu można je zmniejszyć. Dzięki niższym stratom przełączania, według Audi, możliwe jest osiągnięcie sprawności przekraczającej 97 procent.
Nowością jest to, że Audi stosuje również specjalne oprogramowanie, za pomocą którego częstotliwość przełączania jest dostosowywana do konkretnego punktu pracy. Częstotliwość ta jest wybierana tak niska, jak to możliwe, ponieważ mniej operacji przełączania oznacza mniej strat. Według Audi ma to przynieść korzyści efektywnościowe szczególnie w ruchu miejskim oraz podczas podróży autostradowych przy średnich obrotach i obciążeniu. Dzięki lepszemu wykorzystaniu energii elektronika mocy może również przy niskim poziomie naładowania zapewniać pełną moc.
Zgodnie z informacjami Audi kolejną funkcją invertera ma być zapewnienie większego komfortu akustycznego w środku pojazdu. W tym celu do prądu silnika celowo dodawane są „wysokoczęstotliwościowe składniki harmoniczne”. Dzięki temu hałasy zakłócające są kompensowane w zależności od warunków pracy.
Nowy silnik elektryczny APP350 z inverterem (u góry) i skrzynią biegów (po prawej)
Zdjęcie: Audi
Silnik elektryczny APP350
Wydajność nowego silnika synchronicznego z trwałymi magnesami APP350 została zwiększona dzięki mniejszym stratom żelaznym. Powstają one w wyniku przemagnesowania materiału w zmieniających się w czasie polach magnetycznych: ponieważ pole magnetyczne w silniku elektrycznym stale się zmienia, małe obszary magnetyczne (strefy Weissa) w blachach elektromagnetycznych muszą ciągle się na nowo ustawiać. Proces ten wymaga energii, która ostatecznie przekształca się w ciepło. Aby zmniejszyć te straty, zmniejszono grubość blach rotora – w porównaniu z poprzednim silnikiem APP310 z 0,3 na 0,2 milimetra.
„Środki konstrukcyjne dotyczące rotora i statora obejmują grubość blach, układ segmentów rotora oraz połączenie cewek statora.” (Audi)
Aby poprawić poziom hałasu, dodatkowo zmieniono układ magnesów trwałych w rotorze. Gdy magnesy są ułożone w prostej, ciągłej linii od przodu do tyłu, podczas obrotu nagle wpadają na rowki statora. Powoduje to przy każdym przejściu nad nimi magnetyczny impuls (moment zatrzymania). W modelu APP350 magnesy są zamiast tego zamontowane lekko przesunięte względem siebie (skręt rotora lub układ warstwowy). Dzięki temu nie wpadają już wszystkie jednocześnie, lecz w różnych momentach czasu na pole magnetyczne statora, co poprawia akustykę.
Ponadto w statorze dokonuje się zmiany z układu gwiaździstego na trójkątny. Co więcej, zmniejszono liczbę równoległych gałęzi na fazę. Choć zwiększa to straty miedzi przy wysokich prędkościach obrotowych, to zmniejsza tak zwane prądy obwodowe przy częściowej obciążeniu. Ma to na celu zwiększenie efektywności podczas codziennych jazd w ruchu miejskim lub po drogach krajowych.
Przekładnia
Latwiejsze do zrozumienia niż zmiany w silniku są ulepszenia w skrzyni biegów. Tutaj w zależności od poziomu mocy stosuje się dwa przełożenia: 10,21 przy 125 kW i 140 kW oraz 11,53 przy 170 kW. Oznacza to, że w słabszych wersjach wybierane jest dłuższe przełożenie, co obniża wymagane obroty silnika – silnik obraca się 10,21 raza na jeden obrot kół zamiast 11,53 razy w silniejszej wersji. Według Audi różne przełożenia zapewniają przesunięcie obrotów silnika do optymalnych zakresów.
Odnośnie najwyższej wersji A2 e-tron o mocy 240 kW Audi nie podaje informacji na temat przełożenia, ale tam również nie używa się APP350, lecz APP550.
Ponadto używany jest olej skrzyniowy o bardzo niskiej lepkości, co zmniejsza tak zwane straty tarcia. Dodatkowo stosuje się specjalną metodę precyzyjnej obróbki zębów kół zębatych, dzięki której uzyskuje się szczególnie gładkie powierzchnie. To zmniejsza tarcie i zwiększa efektywność.
Więcej na temat efektywności silników elektrycznych:
Podsumowując
Pff, nowa komunikat prasowy Audi na temat napędu A2 e-tron to naprawdę imponująca rzecz. Na pewno nie zrozumieliśmy wszystkiego w 100% poprawnie; do tego chyba trzeba mieć wykształcenie inżynierskie. Mamy nadzieję, że specjaliści wyjaśnią nam to jeszcze lepiej podczas nadchodzącego wydarzenia testowego.