Audi ha desarrollado un concepto innovador de vehículo para competir en el Rally Dakar de forma sostenible. La opción de un sistema de propulsión eléctrico con batería era imposible, por la densidad de energía y el rendimiento que se requiere en el Dakar. El Audi RS Q e-tron emplea un sistema de propulsión eléctrico, pero la energía de su batería procede de un convertidor de energía a bordo. Pero, ¿cómo funciona este vanguardista sistema de propulsión?
El tren motriz del Audi RS Q e-tron dispone de dos unidades motor-generador Audi MGU05, uno en cada eje. Muy similares a los empleados en el monoplaza e-tron FE07 de la Fórmula E, son los que mueven las ruedas del coche y ofrecen una potencia máxima combinada de 500 kW (680 CV). Estos motores eléctricos se alimentan de la energía almacenada en una batería de alto voltaje. Instalada en el centro del coche, la batería pesa 370 kilogramos y tiene una capacidad de 52 kWh.
En un coche eléctrico convencional, la energía de esa batería se obtendría enchufando el coche a un cargador o red doméstica. En el Dakar, esta opción no es viable, pues se requeriría una batería demasiado grande y pesada para poder afrontar y completar las etapas diarias, con cientos de kilómetros, un terreno arenoso que genera mucha resistencia y elevadas temperaturas exteriores. La innovadora solución desarrollada por los ingenieros de la marca ha sido instalar a bordo un convertidor de energía que produce la electricidad que se almacena en la batería de alto voltaje, en conjunto con los sistemas de recuperación de energía procedente del frenado. Este convertidor está compuesto de un motor TFSI de combustión, procedente del DTM, junto a una tercera unidad MGU.
El motor TFSI es increíblemente eficiente, y está a la vanguardia en términos de peso y consumo. Funciona en un rango especialmente eficiente de entre 4.500 y 6.000 rpm, lo que permite un consumo específico muy por debajo de los 200 gramos por kWh. Además, este año emplea un combustibles renovable (reFuel) con un 80% de componentes sostenibles, elaborado a partir de residuos y sin la utilización de productos alimenticios. Gracias a ello, las emisiones del Audi RS Q e-tron E2 se reducen en un 60% respecto a las del vehículo del año pasado.
“El motor TFSI sólo se utiliza para cargar la batería mientras competimos en las etapas especiales, ya que que no existe otra forma de hacerlo en el desierto”, explica Oliver Hoffmann, Director de Desarrollo Técnico de la marca. “En Audi, seguimos una estrategia de descarbonización coherente”, asegura. “Nuestros vehículos de batería y electricidad renovable utilizan tecnologías líderes. Como complemento, los combustibles renovables ofrecen la posibilidad de trabajar con motores de combustión interna de una forma más respetuosa con el medioambiente. Como resultado, ahora seremos todavía más sostenibles en la competición automovilística más difícil que existe para la tecnología eléctrica”.
Para generar el reFuel hay que realizar un proceso que, en una primera fase, convierte la biomasa de plantas biogénicas en etanol. A continuación, el combustible definitivo es producido en otras fases subsiguientes. El proceso es abreviado como etanol-a-gasolina (ETG).
Un coche eléctrico en las dunas
La potencia máxima de los motores-generadores instalados en los ejes delantero y trasero está limitada a un máximo de 288 kW, para cumplir con la normativa. Sin embargo, el convertidor de energía sólo puede proporcionar una potencia de carga máxima de 220 kW. Así que, en casos extremos, el consumo es ligeramente superior a la generación de energía.
Los ingenieros y especialistas en electrónica de Audi han desarrollado una gestión electrónica que mantiene el SoC de la batería (SoC: State of Charge), es decir, el nivel de carga, dentro de unos rangos definidos en función de la demanda de energía. Pero “en largas distancias la balanza siempre tiene que estar equilibrada: para ello tenemos que conseguir que el consumo de energía sea bajo, de forma que el nivel de carga de la batería se mantenga dentro de unos parámetros establecidos. La cantidad total de energía disponible debe ser suficiente para cubrir el tramo de la jornada”, afirma Lukas Folie, ingeniero de baterías de alto voltaje.
Además, el sistema de recuperación de energía durante la frenada también aporta un plus de energía para recargar las baterías. Las unidades MGU instaladas en los ejes delantero y trasero pueden convertir el movimiento de rotación de las ruedas en energía eléctrica. Esto, que parece tan sencillo, requiere un complejo sistema de frenado inteligente (IBS), que combina la función de frenado hidráulico con el freno eléctrico regenerativo.
Una vez en marcha, el Audi RS Q e-tron se conduce como un coche eléctrico. Solo necesita una marcha adelante y no existe una conexión mecánica entre los ejes delantero y trasero. El software desarrollado por Audi se encarga de distribuir el par entre los ejes, haciendo la función de un diferencial central virtual configurable libremente, lo que tiene el efecto secundario positivo del ahorro de peso y del espacio que habrían requerido los ejes de transmisión y un diferencial mecánico.
Un sistema completamente seguro
El complejo sistema de propulsión del Audi RS Q e-tron necesita una protección especial. El encapsulado de la batería de alto voltaje, ubicada en el centro del vehículo en una posición especialmente segura, está formado por estructuras de CFRP, algunas de ellas reforzadas con Zylon. La protección de los bajos es muy compleja. La capa inferior está formada por una placa de aluminio resistente a la abrasión, que absorbe parcialmente la energía en caso de impacto con objetos duros. La capa de espuma absorbente situada inmediatamente por encima también se encarga de mitigar los impactos, distribuyéndolos a la estructura de tipo sándwich realizada en CFRP y situada en un nivel superior. Esta tercera estructura protege la batería de alto voltaje y el depósito de reFuel del sistema convertidor de energía, realizando dos tareas principales: por un lado, la absorción de la carga superficial, que se transmite desde la placa de aluminio a través de la espuma; por otro, la disipación de energía por aplastamiento cuando se supera la carga superficial. Este aplastamiento controlado protege la batería, que se encuentra situada por encima. En caso de daños excesivos, el conjunto puede sustituirse fácilmente durante el servicio nocturno en el vivac del rally. En total, la triple protección de los bajos del Audi RS Q e-tron tiene un espesor de 54 milímetros.
Audi también emplea un monitor ISO, ya utilizado en LMP y en la Fórmula E, que detecta fallos peligrosos del sistema de alta tensión. En caso de cargas cinéticas máximas, como una colisión, el sistema se desconecta automáticamente al superar un valor umbral determinado. En caso de accidente, las luces de en la carrocería y una señal acústica sirven de aviso de peligro al exterior. El aislamiento óptimo del sistema contra el agua durante los vadeos y un agente aislante de la electricidad en el sistema de extinción de incendios a bordo protegen a los pasajeros en estas situaciones físicas extremas. Por último, todo el equipo, incluidos los conductores y copilotos, también ha recibido formación previa sobre el sistema de alta tensión, al igual que los equipos de rescate de ASO, organizador de la prueba.
