Skip to main content

Het business model van Porsche AG is uiteraard de verkoop van (sport)wagens voor gebruik door consumenten. Het is echter een voldongen feit dat Porsche meer heeft geïnvesteerd in de techniek van straatauto’s via de ontwikkeling van raceauto’s voor het circuit dan enig andere fabrikant. Dat geldt ook in hoge mate voor de 919 Hybrid Le Mans winnaar. Net als de beroemde Porsche 959 is de 919 Hybrid een rijdend technisch laboratorium. Lessen geleerd van eerdere elektrische projecten (Boxster E, Panamera- en Cayenne Hybrid en uiteraard de 918 Spyder) vormden de basis voor deze ontwikkeling, die op haar beurt de toekomst van Porsche ingrijpend zal bepalen. In een uitgebreid persbericht legt Porsche AG uit wat de belangrijkste ontwikkelingen voor de 919 Hybrid zijn en hoe dit toepasbaar wordt in de Porsche Mission-E en andere toekomstige elektrische voertuigen.

Met de 919 Hybrid heeft Porsche een volledig nieuwe technologie ontwikkeld die als basis moet dienen voor de toekomstige elektrisch aangedreven auto’s. Daarom is er voor gekozen om als eerste fabrikant 800 Volt technologie te gaan inzetten. Porsche heeft de huidige stand van de techniek tot aan de limiet ingezet bij de ontwikkeling van de 919 Hybrid. Het concept bestaat uit een 2-liter benzine turbomotor - de meest efficiënte motor ooit door Porsche gebouwd - in combinatie met twee elektrische systemen voor de recuperatie van energie.

Tijdens het remmen wordt kinetische energie omgezet in elektrische energie door een generator op de voorste as. In het uitlaatsysteem drijft één turbine de turbo voor de motor aan, terwijl een tweede turbine de overtollige energie omzet in elektrische energie. De remenergie levert 60% van het elektrische vermogen en de overige 40% komt via het uitlaatgassysteem. De opgewekte elektrische energie wordt opgeslagen in een watergekoelde lithium-ion accu and voedt - op commando - de elektromotor. Tijdens het accelereren kan de coureur deze energiebron via een drukschakelaar activeren. Conform de 2016 Le Mans reglementen levert de benzinemotor bijna 500 pk en de elektromotor voegt daar ruim 400 pk aan toe.

Op het Grand Prix circuit van de Nürburgring vindt dit proces 17 keer per ronde plaats, voor elke bocht. De hoeveelheid teruggewonnen energie hangt af van de intensiteit van de remmanoeuvre, m.a.w. afhankelijk van hoe snel de coureur op de bocht afkomt en hoe krap deze is. Remmen en terugwinnen van energie vinden plaats tot de apex van elke bocht, daarna wordt weer geaccelereerd en op dat moment moet het maximum aan energie beschikbaar zijn. Door het gaspedaal volledig in te trappen en het elektrische systeem in te schakelen wordt het maximale vermogen van de benzine- en elektromotoren aangesproken.

De benzinemotor drijft de achterwielen aan terwijl de elektromotor het vermogen op de voorwielen zet. Op die manier wordt maximale tractie voor de 919 Hybrid bereikt bij het accelereren uit een bocht. Op de rechte stukken is de uitlaatgasturbine hard aan het werk omdat de druk in het systeem met oplopende snelheid snel toeneemt, zodat ook hier de elektrische generator energie teruglevert aan de accu’s. Beide energiebronnen worden echter streng beperkt door de reglementen. Een coureur mag maximaal 1,8 liter benzine voor een rondje Nürburgring gebruiken en niet meer dan 1,3 KWh (4.68 megajoules) elektriciteit. Dit moet heel nauwkeurig berekend worden voor elke ronde: precies deze hoeveelheden moeten verbruikt worden. Wordt er meer verbruikt dan volgt een straf, wordt er minder verbruikt dan wordt er vermogen ‘verloren’.  Door het gaspedaal exact op het juiste moment weer terug te nemen controleert de coureur het energieverbruik.

Omgezet naar de 13,5 km van een ronde op Le Mans, is het toegestane maximum elektrische vermogen 2,2 KWh of 8 Megajoules. In 2015 was Porsche de eerste fabrikant in de 8 Megajoule klasse. Toyota begon daarmee in 2016. Audi gebruikt 6 Megajoules. Deze verschillen worden door de technische reglementen van de WC weer rechtgetrokken.

Voor de 919 Hybrid werden alle individuele alternatieven voor de energiesystemen uitvoerig geëvalueerd. Er was geen twijfel over mogelijk dat Porsche de remenergie van de vooras zou gebruiken omdat dit systeem al in 2015 werd beproefd. Voor 2016 volgde een zeer effectieve update van het systeem. Voor het tweede systeem werden twee alternatieven onderzocht: remenergie terugwinnen vanaf de achteras, of door gebruik te maken van uitlaatgas. Gewicht en efficiëntie bepaalden dat de keuze op het tweede systeem viel. Voor het recupereren van remenergie moet het systeem immers in zeer korte tijd de energie genereren en opslaan, ten koste van een serieuze gewichtstoename. De acceleratiefase duurt veel langer dan de remfase, waardoor meer tijd voor energieopslag beschikbaar is. Daarom kan dit systeem worden uitgevoerd met een lager totaalgewicht. Bovendien heeft de 919 Hybrid met de benzinemotor al een aandrijfsysteem op de achteras. Meer vermogen op de achteras zou meer wielspin betekenen en dus hogere bandenslijtage.

Porsche nam zonder twijfel een enorm risico door als eerste autofabrikant te kiezen voor een 800 Volt systeem. (Tesla gebruikt in haar huidige generatie 400 Volt). Het voltage niveau is een essentiële keuze omdat het alle andere systemen beïnvloedt; het ontwerp van de accu’s, de elektronica, het ontwerp van de elektromotor en de laadtechniek. Porsche heeft deze technieken tot aan de limiet uitontwikkeld.

Het was extreem moeilijk om de juiste componenten te vinden voor dit hoge voltage, vooral voor de energieopslag. Porsche koos uiteindelijk voor een vloeistofgekoelde lithium-ion accu met honderden individuele cellen. Elke cel zit in een aparte metalen capsule van 63 mm hoog en een diameter van 16,6 mm.

Zowel voor een raceauto als een straatauto moeten de energiedichtheid en vermogensdichtheid nauwkeurig in balans gebracht worden. Hoe hoger de vermogensdichtheid van een accucel, des te sneller kan de energie worden opgeslagen en weer worden afgegeven. De andere parameter - energiedichtheid -  bepaalt de hoeveelheid energie die kan worden opgeslagen. Voor een raceauto moet - figuurlijk gesproken - er een enorm grote opening van de energiecellen beschikbaar zijn. Als de coureur remt komt er een enorme hoeveelheid energie in zeer korte tijd binnen en bij het accelereren moet de energie met dezelfde snelheid weer worden vrijgegeven. Een vergelijk uit de dagelijkse praktijk: als de accu van een smartphone dezelfde vermogensdichtheid zou hebben als de 919 Hybrid accu’s, dan zou die telefoon in minder dan een seconde kunnen worden opgeladen. Het nadeel is dat een gesprek van een minuut of minder de accu volledig zou ontladen. Om de telefoonaccu lang genoeg te laten meegaan ligt de prioriteit dus bij een hoge opslagcapaciteit, dus bij een hoge energiedichtheid.

In een elektrische auto voor alledaags gebruik vertaalt de opslagcapaciteit zich in het aantal kilometers dat de auto elektrisch kan rijden. In dit opzicht zijn de eigenschappen van een elektrisch systeem voor een race- of straatauto zeer verschillend. De Porsche 919 Hybrid heeft ervoor gezorgd dat voorheen onvoorstelbare niveaus van hybride management zijn gerealiseerd. De 919 heeft dan ook gefunctioneerd als een testauto voor het voltageniveau van toekomstige straatauto’s. Belangrijke basiskennis werd opgedaan tijdens het LMP1 raceprogramma, zoals het koelingsysteem voor de accu’s en de elektromotor en voor het accumanagement en de systeemsoftware. Met deze belangrijke ervaringen hebben de medewerkers in de productieafdeling nu de expertise in huis voor de ontwikkeling voor de Mission-E concept car. Vanuit dit concept zal er voor het eind van dit decennium een productie auto als eerste vol-elektrische Porsche gerealiseerd worden.

 

 

 

 

 

 

 

Eerstvolgende evenementen

Connect with Porsche Club Holland