Technika i technologie nowego, w pełni elektrycznego SUV-a Porsche

Nowe Cayenne Electric korzysta z doświadczeń mistrza świata Formuły E.

Nowe Cayenne Electric nie tylko będzie kolejną w pełni elektryczną linią modelową Porsche, ale i wprowadzi do seryjnej produkcji technologie ze świata motorsportu. Liczne innowacje bazują bezpośrednio na rozwiązaniach z Formuły E, w której Porsche jest obecnie mistrzem świata zarówno wśród zespołów, jak i producentów. Wraz z Cayenne Electric producent samochodów sportowych pokazuje, że jego droga do bardziej zrównoważonej mobilności nie rozpoczyna się na desce kreślarskiej, lecz na torze wyścigowym.

Stuttgart. Porsche Cayenne Electric w znacznym stopniu korzysta z doświadczeń producenta samochodów sportowych w Formule E. Niektóre rozwiązania zastosowane w nowym elektrycznym SUV-ie pochodzą z Porsche 99X Electric i wyznaczają standardy w zakresie efektywności oraz osiągów. Oba samochody wykorzystują między innymi bezpośrednie, olejowe chłodzenie silnika elektrycznego i mogą odzyskiwać energię z mocą do 600 kW.

„Formuła E to nasze laboratorium elektromobilności jutra. Tutaj zdobywamy cenne know-how na potrzeby rozwoju naszych drogowych samochodów sportowych" – powiedział dr Michael Steiner, członek zarządu ds. badań i rozwoju. „Nowe Cayenne Electric pokazuje, jak szybko odbywa się w Porsche taki transfer technologii i jak istotne jest nasze zaangażowanie w serię wyścigów elektrycznych bolidów w kontekście produkcji seryjnej".

„O zwycięstwie lub porażce w Formule E decyduje efektywność. Ta zasada kształtuje również Cayenne Electric" – kontynuował Florian Modlinger, dyrektor fabrycznej sekcji Porsche Motorsport ds. Formuły E i szef fabrycznego zespołu Porsche Formuły E. „Efektywność to priorytet nie tylko w odniesieniu do samych pojazdów; również sprawne, sprawdzone w wyścigach metody pracy mogą pomóc skrócić czas rozwoju i przyspieszyć transfer technologii".

W ośrodku projektowym w Weissach szefowie ds. sportów motorowych i rozwoju aut seryjnych pracują tuż obok siebie. Sprzyja to wymianie wiedzy. Rozwiązania, które przechodzą testy na torze wyścigowym, służą jako inspiracja dla seryjnych projektów – i odwrotnie: niekiedy to samochód wyścigowy „uczy się" od auta drogowego. Kluczowym obszarem transferu technologii jest ładowanie; gniazda i wtyczki wyścigowego 99X Electric oraz elektrycznych samochodów sportowych Porsche są identyczne. Technologia CCS (Combined Charging System) jest standardem nie tylko na drogach, ale także w Formule E.

Bezpośrednie chłodzenie z myślą o maksymalnej efektywności i zwartej konstrukcji

Innym doskonałym przykładem transferu technologii ze sportów motorowych do produkcji seryjnej jest bezpośrednie chłodzenie olejowe. W tym przypadku wszystkie elementy elektrycznego układu napędowego przewodzące prąd są bezpośrednio chłodzone specjalnie opracowaną cieczą, co znacznie poprawia efektywności i zapewnia stałe, nieprzerwane osiągi. Porsche wykorzystuje tę innowacyjną technologię w Formule E od początku projektu – z coraz większym stopniem integracji. Od 2023 roku również samochód badawczy GT4 e-Performance testował bezpośrednie chłodzenie olejowe na torze wyścigowym. Teraz wchodzi ono do produkcji seryjnej – będzie stosowane w tylnym silniku flagowego Cayenne Electric.

Podczas gdy w konwencjonalnych silnikach elektrycznych płyn chłodniczy przepływa przez płaszcz wodny na zewnątrz stojana, w przypadku chłodzenia bezpośredniego płynie on miedzianymi przewodami w żłobkach stojana. Pozwala to na odprowadzanie ciepła bezpośrednio w miejscu jego wytwarzania. Aby osiągnąć te same wartości sprawności i osiągów, silnik chłodzony płaszczem wodnym musiałby być około 1,5 raza większy. Dzięki bezpośredniemu chłodzeniu możliwe było wybranie dla Cayenne konstrukcji, która zapewnia do 98% sprawności. Wyścigowa wersja w 99X Electric osiąga jeszcze wyższą wartość.

Ekstremalnie wysoka moc rekuperacji – do 600 kW

Efektywność obu pojazdów znacząco podnosi rekuperacja. Energia odzyskiwana podczas hamowania trafia do akumulatora i może być ponownie wykorzystana do napędu. Wydajniejsza rekuperacja pozwala uzyskać zatem większy zasięg i, ostatecznie, pozwala zastosować mniejszy akumulator – to klucz do lepszych osiągów zarówno samochodów sportowych, jak i wyścigowych. W Formule E ilość dostępnej energii jest celowo ograniczona: bolid 99X Electric może rozpocząć wyścig z maksymalnie 38,5 kWh energii użytkowej w akumulatorze. Jeśli podczas hamowania odzyska więcej energii niż rywale, będzie miał jej więcej do dyspozycji w drodze do mety.

„Wyzwanie związane z rekuperacją jest niezwykle złożone" – powiedział Modlinger. „Podczas hamowania chcemy odzyskać jak najwięcej energii, a jednocześnie jak najszybciej zmniejszyć prędkość. W zależności od siły hamowania uruchamiamy również hamulce przednich kół. Balans samochodu powinien być dopasowany do preferencji kierowcy – wpływa to na jego zaufanie do maszyny, a w konsekwencji na osiągi. Na drodze liczy się także bezpieczeństwo jazdy. Aby to wszystko połączyć, podczas hamowania aktywne są różnorodne funkcje oprogramowania – to ogromny potencjał potencjalnego transferu wiedzy".

W Cayenne moc rekuperacji może sięgać 600 kW, w zależności od prędkości, temperatury i stanu naładowania akumulatora. Oznacza to, że SUV osiąga taką samą wartość szczytową jak 99X Electric. Również w Cayenne wysokowydajna rekuperacja pozostaje aktywna podczas dynamicznej jazdy. W codziennych sytuacjach drogowych około 97% wszystkich manewrów hamowania odbywa się wyłącznie przy użyciu napędu elektrycznego, bez konieczności wspomagania mechanicznymi hamulcami tarczowymi. W zależności od manewru rekuperacja może trwać aż do zatrzymania. Dopiero gdy hamowanie przekroczy limit rekuperacji, niezauważalnie dla kierowcy interweniują hamulce cierne na przedniej i tylnej osi – to idealne połączenie efektywności i komfortu jazdy, inspirowane sportem motorowym.

Niezawodne procesy szybkiego ładowania

W minionym sezonie Formuła E wprowadziła pit stopy służące do błyskawicznego ładowania, znane jako Pit Boost. 30-sekundowe ładowanie z mocą 600 kW pozwala zwiększyć ilość energii w baterii 99X Electric o 10 punktów procentowych. Również nowe Cayenne Electric zaprojektowano z myślą o takich szybkich pit stopach: naładowanie jego akumulatora od 10 do 80% zajmuje mniej niż 16 minut.

Gorąco bywa jednak nie tylko podczas wyścigów. Także w trakcie codziennej jazdy temperatury ulegają znacznym wahaniom. Filozofia Porsche bazuje na założeniu, że wysoka wydajność uzupełniania energii musi być osiągana w szerokim zakresie naładowania baterii nawet w niesprzyjających warunkach. Moc ładowania prądem stałym Cayenne wynosi do 400 kW, a szybkie ładowanie jest możliwe od temperatury akumulatora wynoszącej 15 stopni Celsjusza. Do około 55% stanu moc wynosi ponad 350 kW – dzięki czemu procesy szybkiego uzupełniania energii są bardzo wydajne. W ciągu 10 minut postoju na odpowiedniej stacji można uzyskać ponad 300 km dodatkowego zasięgu.

Jako laboratorium testowe Formuła E daje również prawdziwy pokaz możliwości w obszarze szybkiego ładowania: „Kierowcy wykorzystują potencjał bolidów do granic – czasami w upalnych miastach, takich jak Dżakarta. Kiedy zjeżdżamy do boksów na ładowanie, temperatury układu często są bardzo wysokie" – skomentował Modlinger. „Jednocześnie zależy nam na jak najniższym zapotrzebowaniu na chłodzenie; chłodzenie wymaga energii i, w zależności od podzespołów, zwiększa masę bolidu. Dlatego podczas pit stopów Pit Boost pokazujemy, jak wygląda uzupełnianie energii z ogromną mocą w ekstremalnych warunkach".

Porsche inwestuje budżet dostępny w Formule E przede wszystkim w te komponenty, które są istotne również dla samochodów drogowych. Zgodnie z przepisami znajdują się one pod nadwoziem. Modlinger: „Nasze wyzwania techniczne nie są widoczne z zewnątrz. Są jednak znaczące i pod wieloma względami przypominają te, z którymi mierzymy się w naszych elektrycznych seryjnych autach sportowych".

Autor: Porsche Polska