Sonntag, 22. September 2019
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Automobilsport
30.05.2019

Technologieträger über den Motorsport hinaus – das Ladesystem des ID.R

Es ist eine Wissenschaft für sich: das Ladesystem des ID.R. Nur mit optimal aufgeladenen Batterien kann der Angriff auf den Rundenrekord für Elektro-Fahrzeuge für die 20,8 Kilometer lange Nürburgring-Nordschleife gelingen. Dazu muss Fahrer Romain Dumas (F) auch auf der knapp drei Kilometer langen, fast schnurgeraden „Döttinger Höhe“ am Ende der Nordschleife noch die volle Systemleistung von 500 kW (680 PS) zur Verfügung stehen.

„Eine Runde Nordschleife mit voller Leistung ist für den Elektroantrieb des ID.R eine große Herausforderung“, sagt François-Xavier Demaison, Technischer Direktor Volkswagen Motorsport. „Entscheidende Bedeutung kommt dabei der optimalen Ladung vor dem Start und der Rekuperation während der Fahrt zu.“ Marc-Christian Bertram, Leiter Elektrik und Elektronik bei Volkswagen Motorsport, ergänzt: „Die Batterie des ID.R weist eine besonders hohe Leistungsdichte auf. Nicht maximale Reichweite ist gefragt, sondern eine möglichst hohe Leistungsabgabe. Wir haben uns deswegen für eine Lithium-Ionen-Batterie entschieden, bestehend aus acht Modulen mit jeweils 56 Zellen, aufgeteilt in zwei Blöcke neben dem Fahrer und hinter dem Monocoque.“

Batterie-Entwicklung mit Unterstützung der Serienforschung bei Volkswagen

Das Batteriesystem des ID.R wurde mit Know-how aus der Serienforschung von Volkswagen entwickelt. „Ein Beispiel dafür ist die Isolierungstechnik, mit der die Bordelektronik von den elektromagnetischen Abstrahlungen des Hochvolt-Systems abgeschirmt wird“, erklärt Bertram. Die Elektro-Motoren des ID.R arbeiten mit einer Spannung von 915 Volt. Im Gegenzug fließen Erkenntnisse aus den Einsätzen des ID.R zurück in die Serienentwicklung.

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Der Wissenstransfer betrifft auch die Ladestrategie, sowohl bei der externen Aufladung als auch bei der Rekuperation (Bremsenergierückgewinnung) während der Fahrt. „Ziel ist es, den ID.R mit jeder einzelnen Batteriezelle im optimalen Ladezustand zum Rekordversuch auf die Strecke zu schicken“, sagt Bertram. Im temporär errichteten Servicepark am Nürburgring wird der ID.R von zwei Schnellladesystemen gleichzeitig versorgt, die mit einer vergleichsweise geringen Leistung von jeweils 90 kW arbeiten. „Dadurch bleibt die Hitzeentwicklung gering, obwohl die Batterien innerhalb von nur rund 20 Minuten komplett geladen werden“, begründet Bertram.

Zusätzlich ist das interne Batteriesystem des ID.R an eine Klimaanlage angeschlossen, um unabhängig von der Umgebungstemperatur ideale Bedingungen für den Ladevorgang zu schaffen. „Optimal ist eine Batterie-Temperatur von etwa 30 Grad Celsius“, erläutert Bertram. „Vor der ersten Runde wird deswegen die geladene Batterie normalerweise vorgewärmt, im Stand beim Ladevorgang gekühlt.“

Wie schon beim Bergrennen am Pikes Peak setzt Volkswagen Motorsport für die Aufladung der Batterien des ID.R einen innovativen Stromgenerator ein. Das mobile Aggregat arbeitet mit dem nachwachsenden Rohstoff Glycerin, chemisch gesehen ein Zuckeralkohol, der zum Beispiel bei der Herstellung von Bio-Diesel als Abfallstoff anfällt. Als Kraftstoff verbrennt Glycerin fast schadstofffrei und nahezu CO2-neutral.

Lange Geraden und hohe Leistungsabgabe fordern Batterien

Zur hohen Effizienz des ID.R zählt auch, dass die beim Bremsen freiwerdende Energie genutzt wird. In diesen Phasen bauen die beiden Elektro-Motoren des ID.R einen Teil der Bremswirkung auf und arbeiten als Generatoren. Durch die Rekuperation erzeugt der Rennwagen rund zehn Prozent der benötigten Energie selbst.   

Bei der Festlegung der Rekuperationsstrategie für den Rekordversuch auf der Nordschleife nutzen Bertram und sein Team Erfahrungen, die Volkswagen Motorsport beim annähernd gleich langen Bergrennen am Pikes Peak sammelte. Dort fuhr Romain Dumas mit dem ID.R im Juni 2018 einen neuen absoluten Streckenrekord. „Die Phasen mit besonders hoher Leistungsabgabe und damit die größte Belastung für die Batterien waren am Pikes Peak die Abschnitte mit starker Steigung“, sagt Bertram. „Auf der Nordschleife sind es die langen Geraden, auf denen über den Zeitraum von bis zu fast einer Minute die volle Leistung abgerufen wird. Auf diesen Streckenteilen darf die Batterie nicht überhitzen.“ Auf der Rennstrecke wird das Batteriesystem des ID.R durch den Fahrtwind gekühlt.

Davon ist genug vorhanden. Auf der Nordschleife erreicht der ID.R deutlich höhere Geschwindigkeiten als auf der sehr kurvenreichen Bergrennstrecke am 4.302 Meter hohen Pikes Peak. Beim „Race to the Clouds“ fuhr der Elektro-Rennwagen von Volkswagen mit Durchschnittstempo 150 km/h zum Sieg. Auf der Nordschleife werden mehr als 185 km/h erwartet.