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

Wir sind am 18. Juni 2023 auf der Paris Air Show, wo der neue Renault Rafale E-Tech mit 200 PS erstmals der Presse vorgestellt wird. Luca de Meo, CEO der Renault Group, präsentiert das neue Aushängeschild der Marke mit folgenden Worten:

„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 Gipfel des Marktes zu drehen.“ Luca de Meo

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

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

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

Herausforderung Nr. 1: Steuerung der Energieflüsse und des Allradantriebs

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

Was die erforderlichen Änderungen betrifft, so 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 PS 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 dem Antriebsstrang einen zusätzlichen Elektromotor hinzuzufügen. 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 die Unterbringung 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 PS 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 PS wird ein Plug-in-Hybrid und ein Allradfahrzeug 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 mit mechanisch nicht verbundenen Front- und Heckmotoren zu erzielen “, erklärt Alexandre Herrero zunächst.

Wie in Episode 3 zum Thema Energiemanagement im E-Tech-System erläutert wird, stammt die Steuerungsintelligenz aus 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 Fahrgefühl gewährleisten “ , erklärt er.

Alexandre Herrero und Corentin Kerouredan haben die unglaubliche Vielseitigkeit, die durch die softwaregesteuerte Regelung von Motoren und Getriebe 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 70 km/h der Frontantrieb bevorzugt, darüber hinaus der Heckantrieb).

In mechanischer Hinsicht 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 wie dem Ladezustand der Batterie, dem Fahrprofil (Geschwindigkeit und Beschleunigung), den Straßenverhältnissen (Steigungen, Geschwindigkeiten) sowie dem Fahrzeuggewicht (zulässiges Gesamtgewicht 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 maximaler Effizienz 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 PS ist nicht nur zehnmal leistungsstärker als die des E-Tech mit 200 PS (22 kWh gegenüber 2 kWh), sondern unterscheidet sich auch grundlegend in ihrer chemischen Zusammensetzung. Denn die Zusammensetzung und Architektur einer Batterie werden anhand zahlreicher Kriterien festgelegt, darunter Reichweite, Leistungsbedarf sowie Lade- und Entladehäufigkeit.

„Um am Steuer des Rafale stets 300 PS zur Verfügung zu haben, haben wir eine leistungsorientierte 22-kWh-Batterie mit NMC-Chemie (Nickel-Mangan-Kobalt) entwickelt. Zusammen mit meinen Kollegen aus dem Antriebsstrangbereich mussten wir Kompromisse finden, damit beim Fahren Leistung mit gleichmäßigem 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 gleichmäßigen 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 wäre der Temperaturanstieg der Batterie zehnmal langsamer, 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 mit 300 PS in der Ausführung „Atelier Alpine“ zur Verfügung stehen (4 Motoren, Allradantrieb, Allradlenkung, regeneratives Bremsen und adaptive 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. Letzterer verfügt über drei Menüs, 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, Comfort, Sport und Snow. Die unterschiedlichen Einstellungen für Lenkkraft, Motorreaktion und Fahrwerksagilität bieten vielfältige Fahrerlebnisse, sei es bei einer dynamischen Fahrt im Sport-Modus oder bei Fahrten mit geringer Bodenhaftung im Snow-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 PS und einer Höchstgeschwindigkeit von 135 km/h) und E-Save (Erhaltung einer Batterieladung von über 25 % durch den Einsatz des Verbrennungsmotors als Generator).

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

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

Der Renault Rafale E-Tech 4x4 mit 300 PS bietet das Beste aus zwei Welten: Elektroantrieb und Plug-in-Hybrid. Im Alltag fährt er auf Wunsch 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 anregt. 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 Alpine, WLTP-Werte), wodurch bis zu 1.000 km mit einer einzigen Tankfüllung zurückgelegt werden können. Im Sport-Modus ist sein dynamisches Fahrverhalten beeindruckend effizient mit einer Beschleunigung von 80 auf 120 km/h in 4 Sekunden, was im SUV-Segment, einschließlich der Premium-Klasse, Spitzenwerte darstellt.

Unter der Motorhaube des Renault Rafale hat der E-Tech 4x4-Motor mit 300 PS 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 PS haben wir den Mond ins Visier genommen und sind auf dem Mars gelandet “, fasst Nicolas Fremau zusammen.