E-TECH 4×4 300 ch: Die Herausforderungen eines maßgeschneiderten „Super-Hybrid“-E-Tech

Wir sind am 18. Juni 2023 auf der Luftfahrtmesse in Le Bourget bei der allerersten Pressevorstellung des neuen Renault Rafale E-Tech mit 200 ch. Luca de Meo, CEO der Renault Group, stellt das neue Flaggschiff der Marke mit folgenden Worten vor:

„Mit dem Rafale knüpfen wir bei Renault wieder an einen alten Traum an: zu zeigen, dass die Marke auch in der Lage ist, Höhen zu erklimmen und sogar eine Runde auf den Gipfeln des Marktes zu drehen.“ Luca de Meo

Diese rätselhafte „Vorabpräsentation“ sollte im November 2024 mit den Pressetests der als „E-Tech 4x4 300ch“ bezeichneten „Hochleistungsversion“ der Rafale Gestalt annehmen.

Die Zielsetzung des Renault Rafale ist klar: Er verdeutlicht Luca de Meos erklärtes Bestreben, die Produkte in den oberen Marktsegmenten zu positionieren und dabeitechnologische Exzellenz zu unterstreichen. Um Letzteres zu verdeutlichen, spricht Luca de Meo von einer psychologisch wichtigen Marke, die es zu erreichen gilt: 300 chevaux. Das ist die Leistung des zukünftigen Antriebs, der speziell für die exklusive Hochleistungsversion des Renault Rafale entwickelt wurde.

Für die Ingenieure stand fest, dass diese Hochleistungsversion der Rafale mit dem technischen und technologischen Meisterwerk des E-TECH-Systems ausgestattet werden musste! Nicolas Fremau, Alexandre Herrero, Corentin Kerouredan, Octavie Okamba-Diogo und Romain Saulnier – allesamt Experten auf ihrem Gebiet – haben sich zusammengetan, um diese spannende Herausforderung zu meistern.

Herausforderung Nr. 1: Steuerung der Energieflüsse und des Allradantriebs

Die Motorenentwickler im Technocentre machen keine halben Sachen, doch bei der Entwicklung des zukünftigen „Super-Hybrids“ mit 300 Pferdestärken konnten sie auf eine hervorragende Grundlage zurückgreifen: den E-Tech mit 200 ch.

Was die vorzunehmenden Änderungen betrifft, ist Nicolas Fremau, Experte für Hybridantriebsstränge und Mitentwickler der E-Tech-Technologie, an der Bestandsaufnahme beteiligt:

„Der 1,2-Liter-Dreizylinder-Benzinmotor der E-Tech-Baureihe mit 200 ch erreicht einen Spitzenwirkungsgrad von bis zu 43 %. Um weitere 100 PS zu gewinnen, besteht unsere einzige Lösung darin, ihn mit einem neuen, größeren Turbolader zu kombinieren und den Antriebsstrang um einen zusätzlichen Elektromotor zu ergänzen. Um diesen mit Strom zu versorgen und eine rein elektrische Reichweite zu erzielen, die den täglichen Bedarf deckt, muss eine leistungsstärkere Batterie eingebaut und der Antriebsstrang in einen Plug-in-Hybrid umgewandelt werden.“

Dank ihrer Modularität ermöglicht die CMF-CD-Plattform der neuesten Generation von Renault Rafale den Einbau eines Elektromotors im Heck sowie den Einbau einer wiederaufladbaren 22-kWh-Batterie unter dem Boden. Diese Konfiguration ist zudem optimal für die Gewichtsverteilung. Im Rahmen des „Super-Hybrid“-Projekts bietet der Einbau eines Elektromotors im Heck zwei große Vorteile: Die Architektur des E-Tech mit 200 ch unter der Motorhaube bleibt erhalten, und durch die Verbindung mit den Hinterrädern wird ein Allradantrieb bereitgestellt. Diese technische Eigenschaft wird von Kunden im Segment der Premium-SUVs sehr geschätzt. Die technischen Daten standen somit fest. Der zukünftige Rafale mit 300 ch wird ein Plug-in-Hybrid mit Allradantrieb sein.

Neben der Auswahl der mechanischen Komponenten müssen diese anschließend perfekt aufeinander abgestimmt werden. Dies ist das Fachgebiet unserer Leistungs- und Kalibrierungsingenieure. „Bei der Motorabstimmung bestanden unsere beiden größten Herausforderungen zum einen darin, die Drehmomentbelastungen zwischen den Antriebssträngen zu bewältigen, und zum anderen darin, einen effizienten Allradantrieb zu erzielen, bei dem Vorder- und Hinterradmotoren mechanisch nicht miteinander verbunden sind “, erklärt Alexandre Herrero zunächst.

Wie in Episode 3 zum Thema „Energiemanagement im Herzen des E-Tech-Systems“ erläutert wird, stammt die Intelligenz des Managements von den elektronischen Steuergeräten . „Für die Softwarekonfiguration des Motorsteuergeräts haben wir sehr komplexe Energiemanagementalgorithmen entwickelt, die auf dem Dreiklang Geschwindigkeit, Drehmoment und Ladezustand der Batterie basieren. Jeder Parameter musste unter allen Bedingungen ein flüssiges, dynamisches Fahrerlebnis gewährleisten “ , erklärt er .

Alexandre Herrero und Corentin Kerouredan haben die unglaubliche Vielseitigkeit, die durch die softwaregesteuerte Regelung der Motoren und des Getriebes ermöglicht wird, voll ausgeschöpft. Was den Antrieb betrifft, steht der Allradantrieb somit jederzeit bereit, wobei die Drehmomentverteilung je nach den vom Fahrer gewählten Einstellungen, dem Fahrstil und den Fahrbedingungen sofort von 100 % auf die Vorderräder (Frontantrieb) bis zu 100 % auf die Hinterräder (Heckantrieb) variieren kann (im Allgemeinen wird bis zu einer Geschwindigkeit von 70 km/h der Frontantrieb bevorzugt, darüber hinaus der Hinterradantrieb).

Aus mechanischer Sicht ermöglicht die jederzeitige Abschaltung eines der Motoren (Hybridmodus oder rein elektrischer Betrieb) eine kontinuierliche Optimierung des Verbrauchs. „Die Softwarefunktionen schätzen den Leistungs- und Energiebedarf des Fahrzeugs anhand einer Vielzahl von Variablen ab, wie zum Beispiel dem Ladezustand der Batterie, dem Fahrprofil (Geschwindigkeit und Beschleunigung), den Straßenverhältnissen (Steigungen, Geschwindigkeiten), aber auch der Fahrzeugmasse (zulässige Gesamtanhanglast von 4 Tonnen). Die Faszination des E-Tech-Systems besteht darin, ständig einerseits den besten Kompromiss zwischen Zugkraft und Allradleistung und andererseits den Punkt maximaler Effizienz aller Energiequellen zu finden. So wird der Einsatz des Verbrennungsmotors im Betriebsbereich um seinen Punkt mit dem besten Wirkungsgrad herum maximiert. Und das alles zu 100 % transparent für den Kunden! „ Es ist uns gelungen, eine hervorragende Traktion mit hoher Effizienz zu verbinden “ , freut sich Corentin Kerouredan.

Herausforderung Nr. 2: Entwicklung eines völlig neuen Plug-in-Hybridantriebs

Die Umwandlung eines „Full-Hybrid“-Antriebsstrangs in einen „Plug-in-Hybrid“ – also in einen Antrieb mit wiederaufladbarer Batterie – beschränkt sich nicht darauf, einfach nur eine Steckdose „hinzuzufügen“. Die Batterie des E-Tech-4x4-Antriebs mit 300 ch ist nicht nur zehnmal leistungsstärker als die des E-Tech mit 200 ch (22 kWh gegenüber 2 kWh), sondern unterscheidet sich auch grundlegend in ihrer chemischen Zusammensetzung. Denn die Zusammensetzung und der Aufbau einer Batterie richten sich nach zahlreichen Kriterien, darunter insbesondere die Reichweite, der Leistungsbedarf sowie die Häufigkeit der Lade- und Entladevorgänge.

„Um am Steuer des Rafale stets 300 chevaux zur Verfügung zu haben, haben wir eine leistungsorientierte 22-kWh-Batterie mit NMC-Chemie (Nickel-Mangan-Kobalt) entwickelt. Zusammen mit meinen Kollegen aus dem Bereich Antriebsstrang mussten wir Kompromisse finden, damit beim Fahren Leistung mit gleichbleibendem Fahrverhalten, guter Reichweite und hoher Zuverlässigkeit einhergeht “ , erklärt Octavie Okamba-Diogo, Projektleiterin im Bereich Batterietechnik.

Für einen optimalen Betrieb der Batterie liegt die ideale Temperatur bei 25 °C. Angesichts der beträchtlichen Größe der Batterie und des erforderlichen Leistungsbedarfs stellte das Wärmemanagement der Zellen eine große Herausforderung dar. Um einen effizienten, schnellen und heterogenen Temperaturanstieg zu erreichen, musste eine Heizmatte aus Aluminium entwickelt werden. Diese sorgt über einen elektrischen Widerstand für eine Erwärmung von +2 °C/min. „Ohne diese Innovation würde der Temperaturanstieg der Batterie zehnmal langsamer verlaufen, was die Leistung entsprechend einschränken würde “, erklärt Octavie Okamba-Diogo.

Herausforderung Nr. 3: Bewältigung der mechanischen und softwaretechnischen Komplexität

Angesichts der Vielzahl an einstellbaren Technologien, die beim Renault Rafale E-Tech 4x4 300 ch in der Ausführung „Atelier Alpine“ zur Verfügung stehen (4 Motoren, Allradantrieb, Allradlenkung, regeneratives Bremsen und geregelte Federung), bestand die Herausforderung für die Ingenieure und insbesondere für Romain Saulnier darin, die Bedienung zu vereinfachen, damit sich der Fahrer ganz dem Fahrvergnügen widmen kann. Dem Fahrer stehen drei Menüs zur Verfügung, um sein Fahrerlebnis individuell anzupassen: Multi-Sense, E-Save und die neuartige Agilitätssteuerung.

Auf dem Multimedia-Bildschirm kann der Fahrer das Fahrgefühl mithilfe von Multi-Sense in vier Modi individuell anpassen: Eco, Komfort, Sport und Schnee. Die unterschiedlichen Einstellungen für Lenkkraft, Motorreaktion und Fahrwerksagilität bieten vielfältige Fahrerlebnisse, sei es beim dynamischen Fahren im Sport-Modus oder bei Fahrten mit geringer Bodenhaftung im Schnee-Modus, die mehr Traktion erfordern.

Über die Taste „EV Mode“ an der Mittelarmlehne lassen sich drei Fahrmodi auswählen: Hybrid (Standard), „Electric“ (zwangsweise 100 % elektrischer Betrieb mit einer Leistung von bis zu 160 Pferdestärken und einer Höchstgeschwindigkeit von 135 km/h) und „E-Save“ (Erhaltung eines Ladezustands von über 25 % durch den Einsatz des Verbrennungsmotors als Generator).

Das Menü „Fahrwerksdynamik“ des Multimediasystems, das ausschließlich in der Ausstattungsvariante „Atelier Alpine“ verfügbar ist, bietet dem Fahrer optimierte Einstellungen für das 4Control Advanced-System, die Dämpfungscharakteristik und das ESP mit den folgenden drei Optionen: Komfort (ideal für Alltagsfahrten, insbesondere im Stadtverkehr), Dynamik (für einen Kompromiss zwischen Agilität und guter Dämpfung) und Sport (mit Schwerpunkt auf Spurtreue und Fahrspaß).

„Dank dreier leicht wählbarer Fahrmodi, die alle von Alpine optimiert wurden, kann der Fahrer sicher sein, den Rafale E-Tech 4x4 300 ch Atelier Alpine in einer idealen Konfiguration zu fahren “, erklärt Romain Saulnier, Architekt für Fahrdynamik.

Der Renault Rafale E-Tech 4x4 mit 300 ch bietet das Beste aus beiden Welten: Elektroantrieb und Plug-in-Hybrid. Im Alltag fährt er je nach Bedarf wie ein reines Elektroauto mit einer Reichweite von bis zu 105 Kilometern (EV-Zyklus nach WLTP). Eine Reichweite, die zum regelmäßigen Aufladen an der Steckdose einlädt. Auf langen Strecken liegt sein Verbrauch auf dem besten Niveau des Marktes (0,5 l/100 km bei voller Batterie und 5,8 l/100 km bei entladener Batterie in der Ausstattungsvariante „Esprit Alpine“, WLTP-Werte), wodurch mit einer einzigen Tankfüllung bis zu 1.000 km zurückgelegt werden können. Im Sport-Modus überzeugt er durch ein beeindruckend dynamisches Fahrverhalten mit einer Beschleunigung von 80 auf 120 km/h in 4 Sekunden – ein Spitzenwert im SUV-Segment, auch im Premium-Bereich.

Unter der Motorhaube des Renault Rafale hat der E-Tech-4x4-Motor mit 300 ch somit die Erwartungen erfüllt: Er setzt neue Maßstäbe für die Vorzüglichkeit des E-Tech-Systems in Sachen Dynamik, Sportlichkeit und Effizienz.

„Mit dem E-Tech-4x4-Antrieb mit 300 ch haben wir den Mond ins Visier genommen und sind auf dem Mars gelandet “, fasst Nicolas Fremau zusammen.