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Der Q5 Hybrid Quattro ist der nächste Schritt des Automobilherstellers in Richtung Elektromobilität. Das neue Modell ist ein Parallelhybrid und nutzt zwei Antriebe: einen 2.0 TFSI Ottomotor und einen Elektromotor, der von einer kompakten Lithium-Ionen-Batterie gespeist wird. Der Q5 Hybrid Quattro ist, so betont der Hersteller, nach drei Generationen Audi duo das erste Hybridmodell von Audi, das zwei Antriebe nutzt. Es soll im kommenden Jahr in Serie gehen. Das gab der Hersteller nun bekannt. Zudem beschäftigt sich der Hersteller mit dem Potenzial, den ein Brennstoffzellenantrieb mitbringen könnte: die Technikstudie Audi Q5 HFC hat eine solche Technologie an Bord.
Der 2.0 TFSI und der Elektromotor des neuen Q5 Hybrid Quattro sind als paralleles Hybridsystem unmittelbar hintereinander montiert. Die beiden Motoren erzielen gemeinsam eine Systemleistung von 180 Kilowatt und ein Systemdrehmoment von 480 Newtonmeter. Das Modell beschleunigt in 7,1 Sekunden von null auf 100 km/h und erreicht eine Spitze von 222 km/h. Im elektrischen Modus kann der Hybrid-SUV mit maximal 60 km/h Tempo eine Strecke von bis zu drei Kilometern zurücklegen oder er fährt rein elektrisch bis zu 100 km/h schnell. Sein Verbrauch von unter sieben Liter Kraftstoff pro 100 Kilometer entspricht einer CO2-Emission von weniger als 160 Gramm pro Kilometer.
Der 2.0 TFSI schöpft aus 1984 Kubikzentimeter Hubraum. Seine Leistung beträgt 155 Kilowatt, das maximale Drehmoment von 350 Newtonmeter steht von 1500 bis 4200 1/min permanent bereit, erklärt der Hersteller. Der Vierzylinder kombiniert Benzindirekteinspritzung mit der Turboaufladung. Das Audi valvelift system (AVS) steigert Leistung, Drehmoment und Effizienz weiter, indem es den Hub der Auslassventile je nach Last und Drehzahl in zwei Stufen umschaltet. Für den Einsatz im neuen Parallelhybrid präsentiert sich der 2.0 TFSI in einigen Bereichen überarbeitet. Der Antrieb der Nebenaggregate entfiel, die Lagerung der Kurbelwelle und das Feintuning des Turboladers wurden den speziellen Ansprüchen angepasst. Ein Sekundärluftsystem am Zylinderkopf sorgt dafür, dass die Abgasreinigung besonders rasch anspringt. Im Steuergerät des Motors ist der so genannte Hybridmanager integriert; er regelt den effizienten Wechsel und sanften Übergang zwischen den Betriebsarten und ist eine komplette Eigenentwicklung von Automobilherstellers.
Als Kraftübertragung dient eine stark modifizierte Achtstufen-Tiptronic, die ohne Drehmomentwandler auskommt. Seine Stelle nimmt der scheibenförmige Elektromotor ein, der mit einer im Ölbad laufenden Lamellenkupplung kombiniert ist - sie verbindet beziehungsweise trennt die E-Maschine und den TFSI. Die Trennkupplung arbeitet in jeder Situation hochpräzise, sanft und schnell, heißt es. Das schnell schaltende Hybridgetriebe trägt zur Effizienz des Fahrzeugs bei - seine acht Gänge sind weit gespreizt. Wenn der Verbrennungsmotor ausgeschaltet ist, erhält eine elektrische Pumpe den Öldruck im hydraulischen System aufrecht und sichert so die Start-Stopp-Funktion.
Die Leistungselektronik, über Hochvoltkabel mit der Batterie und dem E-Motor verbunden, sitzt im Wasserkasten des Motorraums. Es handelt sich um einen so genannten Pulswechselrichter - er dient als Regler zwischen der Batterie, die Gleichstrom abgibt, und dem mit Wechselstrom arbeitenden Elektromotor. Volumen und Gewicht der Leistungselektronik, die über einen eigenen Niedertemperatur-Kreislauf mit Wasser gekühlt wird, ist gering gehalten. Das Bauteil integriert einen Gleichstrom (Direct Current; DC)/DC-Wandler, der die elektrischen Verbraucher im zwölf Volt-Bordnetz an das Hochspannungs-Netz ankoppelt und versorgt. Eine so genannte permanent erregte Synchronmaschine dient als Elektromotor, als Starter und - beim Verzögern - als Generator. Sie gibt bis zu 33 Kilowatt Leistung und 211 Newtonmeter Drehmoment ab. Die E-Maschine ist in den Kühlkreislauf des Motors eingebunden.
Als Energiespeicher für den Elektromotor fungiert ein Lithium-Ionen-Batteriesystem, das 38 Kilogramm wiegt. Die kompakte Einheit mit ihren 26 Liter Volumen ist in einem crashsicheren Bereich unter dem Ladeboden platziert. Der Akku setzt sich aus 72 Zellen zusammen; bei 266 Volt Spannung beträgt seine Nominalenergie 1,3 Kilowattstunden und seine Leistung 39 Kilowatt. Die Lithium-Ionen-Batterie wird, je nach Anforderung, auf zwei Wegen mit Luft gekühlt. Bei niedriger thermischer Belastung bezieht sie über ein Gebläse temperierte Luft aus dem Fahrzeuginnenraum. Wenn ihre Temperatur über einen bestimmten Wert steigt, wird ein eigener Kältekreislauf aktiv. Er ist an die Haupt-Klimaautomatik des Fahrzeugs angekoppelt und nutzt einen separaten Verdampfer.
Der SUV mit seinem parallelen Hybridsystem lässt sich in fünf Betriebszuständen bewegen. Er kann alleine mit dem Verbrennungsmotor, nur mit dem Elektroantrieb und im Hybridmodus fahren; zudem kann er rekuperieren und boosten. Im Stillstand - vor dem Start oder an einer Ampel - sind beide Antriebsquellen deaktiviert. Bei diesem Start-Stopp bleibt die Klimaautomatik aktiv. Sobald der Fahrer die Bremse freigibt, rollt der Wagen an. Er kann bis 100 km/h Geschwindigkeit elektrisch fahren. Gibt man kräftig Gas gibt, dient der Verbrennungsmotor als Kraftquelle. Der Elektromotor wird dann durch die Betriebsstrategie angesteuert, um das Optimum an Effizienz und Verbrauch zu erzielen. Beim kräftigen Gasgeben - beim Boosten - arbeitet er mit dem TFSI zusammen; bei Vollgas steht kurzzeitig die komplette Systemleistung zur Verfügung. Der Hybridantrieb liefert die Durchzugskraft eines großen Saugmotors. Geht man in Fahrt vom Gas, arbeitet die E-Maschine als Generator und gewinnt Energie zurück. Der TFSI ist hier in den allermeisten Situationen vom Antrieb abgekoppelt und generiert so keine Schleppverluste. Der Strom, den der Elektromotor hier und beim Bremsen zurückgewinnt, wird in der Lithium-Ionen-Batterie zwischengespeichert. Wenn der Fahrer nur leicht bremst, übernimmt der Elektromotor die Verzögerung alleine; bei stärkeren Bremsungen wird parallel dazu das hydraulische Bremssystem aktiv.
Als Baustein des modularen Längsbaukastens eignet sich der Antriebsstrang des Q5 Hybrid Quattro auch für den Einsatz in anderen Audi-Modellen mit längs montiertem Motor. Zu ihnen gehören beispielsweise das neue A8-Modell sowie der A6 und der A6 Avant der nächsten Generation. Der Q5 Hybrid Quattro geht laut Hersteller im Lauf des Jahres 2011 in Serie.
Zudem untersucht Audi die Potenziale, die in einem Brennstoffzellenantrieb stecken - die Technikstudie Audi Q5 HFC hat diese Technologie an Bord. Die drei Buchstaben HFC stehen für Hybrid Fuel Cell. Das Konzeptfahrzeug nutzt Synergien und damit viele Technikkomponenten aus den künftigen Hybridmodellen. Zwei Hochdruck-Zylinder speichern Wasserstoff unter 700 bar Druck. Die Polymer-Elektrolyt-Membran (PEM) Brennstoffzelle leistet 98 Kilowatt. Die Lithium-Ionen-Batterie, die der Hybridisierung dient, hat 1,3 Kilowattstunden Energieinhalt. Den Antrieb übernehmen zwei radnahe E-Motoren, zusammen können sie 90 Kilowatt Spitzenleistung und bis zu 420 Newtonmeter Drehmoment aufbringen. Der eingesetzte Wasserstoff wird effizient genutzt, der Wirkungsgrad des Brennstoffzellenantriebs liegt in einem weiten Betriebsbereich über 50 Prozent. Vor einem möglichen Serieneinsatz sind hier jedoch außer diversen technischen und kaufmännischen Herausforderungen noch wichtige Fragen zu klären; sie betreffen die Versorgung mit Wasserstoff und seine Produktion unter energetischen Aspekten.