Refrigeración, gestión de la batería y ahorro de gasolina, claves del Audi 'eléctrico' de Sainz

Aunque en su día hubo modelos de Audi con mecánica híbrida enchufable que se comercializaron bajo la denominación 'e-tron', como el A3 o el Q7, desde hace tiempo la firma de los cuatro aros reserva esa enseña comercial a sus modelos de serie 100% eléctricos, como los e-tron, e-tron Sportback, e-tron GT, Q4 e-tron y Q4 Sportback e-tron. Pero, curiosamente, el RS Q e-tron que la firma alemana alineará en el inminente Rally Dakar 2022, que echa a andar el 2 de enero en Arabia Saudí, no es un vehículo 100% eléctrico. La propia marca reconoce que con la tecnología actual, las exigencias de un reglamento que fija el peso mínimo del coche en dos toneladas y las duras condiciones de la prueba (etapas diarias de cientos de kilómetros, altas temperaturas ambientales y la enorme resistencia ejercida por la arena del desierto) es inviable hoy un vehículo de propulsión eléctrica de batería que aspire a ganar. Por lo tanto, la tecnología debía ser otra.

Y desde un punto de vista técnico, el RS Q e-tron sí tiene propulsión eléctrica, solo que la energía consumida proviene de un generador a bordo... alimentado por gasolina. En concreto, un 2.0 TFSi de cuatro cilindros con turbo. Por la calle circulan vehículos de tecnología parecida, como los Opel Ampera y Chevrolet Volt, y disfrutan de la etiqueta 'Cero Emisiones' de la DGT, de modo que si el Audi RS Q e-tron que pilotarán Carlos Sainz, Mattias Ekström y Stéphane Peterhansel en el Dakar fuese un modelo a la venta, probablemente debería lucir en su parabrisas un círculo azul con un '0' dentro. Porque el coche, al que podríamos encuadrar como eléctrico de autonomía extendida, circula siempre propulsado por dos de sus tres motores eléctricos: el del eje delantero y el del eje trasero, que suman 288 kW de potencia (392 CV), porque ese es el límite fijado por el reglamento.

Pero el RS Q e-tron, un verdadero laboratorio rodante con cuatro kilómetros de cables en sus tripas, es mucho más. Porque además de esos dos motores eléctricos de propulsión (son los que mueven las ruedas, pero también los que aprovechan la energía cinética de las frenadas), cuenta con el antes citado motor de gasolina, que aquí solo actúa como un generador. Procedente de los Audi A5 DTM que compiten en el certamen alemán de turismos, ha sido modificado para que en vez de rendir 450 kW (unos 610 CV) a 9.000 revoluciones por minuto, su potencia constante oscile entre 140 y 220 kW (de 190 a 300 CV), a regímenes más 'tranquilos' de entre 4.500 y 6.000 vueltas. Un TFSi de gasolina, por cierto, que va acoplado al tercer motor eléctrico del coche, que es mucho más pequeño que los dos principales y se encarga de transformar en electricidad la fuerza aportada por el cuatro cilindros turboalimentado. Electricidad que no va directamente a los otros dos motores eléctricos, sino a la batería de 52 kWh, que también es la que recibe la energía generada en las frenadas, procedente del motor eléctrico de cada eje.

Batería, el corazón de la bestia

Al final vemos que esa batería de alto voltaje no solo está físicamente en el centro del coche, sino que es literalmente 'el centro' del RS Q e-tron. Con un peso de 370 kilos, incluido su sistema de refrigeración, su tecnología no es revolucionaria, pues Audi ha preferido no arriesgar y emplear una solución ya muy probada, como son las llamadas 'celdas redondas'. Cada mañana los coches partirán con ella totalmente cargada, es decir, disponiendo de los 52 kWh de capacidad útil, pero a partir de ese momento se pondrá en marcha un sistema realmente complejo. Los ingenieros de baterías, capitaneados por Lukas Folie, han programado algoritmos para mantener el SoC de la batería (State of Charge, o estado de carga) dentro de unos rangos predefinidos en función de la demanda de energía, de modo que el consumo de energía y la recarga de la batería estén siempre en equilibrio.

Pero puede haber excepciones. Por ejemplo, si los pilotos afrontan pasos de dunas que requieren la máxima energía durante un corto periodo de tiempo, el nivel de carga de la batería puede descender más, aunque siempre dentro de un rango controlado. El motivo es que la potencia máxima total de los dos motores eléctricos principales (motores-generadores realmente, porque también generan energía al frenar) es de 288 kW, y, sin embargo, el motor de gasolina que actúa como generador solo puede proporcionar un máximo de 220 kW, de manera que en situaciones extremas, y durante un tiempo limitado, el consumo es superior a la generación. El propio Folie lo explica: "En largas distancias la balanza siempre tiene que estar equilibrada, y para ello tenemos que conseguir que el consumo de energía sea bajo, de forma que el nivel de carga de la batería se mantenga dentro de unos parámetros establecidos; y la cantidad total de energía disponible debe ser suficiente para cubrir el tramo de la jornada".

¿Cuánta gasolina consume?

Ya hemos visto que el RS Q e-tron, un eléctrico de autonomía extendida, mueve sus cuatro ruedas exclusivamente con motores eléctricos, y que estos aprovechan incluso la energía de las frenadas para inyectar una carga extra de energía a la batería de alto voltaje. Pero también que el suministro de electricidad mayoritario proviene de un motor de gasolina. La pregunta entonces parece obvia: ¿cuánto gasta el coche de Sainz? El depósito nos da una pista, porque admite 295 litros de carburante, pero aunque pueda parecer mucho, es bastante menos que lo reglamentado para los vehículos que compiten en otras categorías, que necesitan depósitos de más de 500 litros de cara a etapas que pueden superar los 700 kilómetros. La razón es sencilla: el modelo de Audi, aunque tiene que mover una mayor masa, necesita menos energía para desplazarse.

Para sus creadores, una de las claves es que el motor de gasolina es muy eficiente cuando funciona entre 4.500 y 6.000 revoluciones por minuto, de modo que el consumo medio queda muy por debajo de los 200 gramos de gasolina por cada kilovatio hora producido. La marca alemana no pasa de ahí en sus explicaciones, y todos los cálculos que se hagan a partir de ese dato son meras hipótesis. Por ejemplo, la etapa más larga de esta edición 2022 tiene 757 kilómetros, y si el 'buggy' de Audi consumiera hasta la última gota del depósito estaríamos hablando de 39 l/100 km, que es realmente poco, a ritmo de carrera, en comparación con los promedios de los todoterreno de motor convencional, que prácticamente duplican ese valor.

La refrigeración, factor clave

Pero si la eficiencia preocupaba a los creadores del RS Q e-tron, otro capítulo técnico que ha centrado el desarrollo ha sido el de la refrigeración. Audi no había participado nunca hasta ahora en el Rally Dakar, y una de las preguntas que se hacían los ingenieros de la marca era cómo sacarían el calor que genera el coche al exterior. La experiencia de la marca en Le Mans o en la Fórmula E ayudó en un primer momento, pero rápidamente vieron que en este caso la aerodinámica pasaba a ser un factor secundario y que la clave era disipar el calor, para lo cual se sirvieron de simulaciones de CFD (dinámica computacional de fluidos) y después empezaron a diseñar cada sistema individual de refrigeración.

Porque en el Audi del Dakar hay que hablar de varios circuitos, encargados de asegurar la temperatura correcta en cada momento. Uno es el de la batería de alto voltaje, por el que circula a baja temperatura un líquido llamado Novec que no es conductor de la corriente eléctrica y que ubica su radiador bajo el capó delantero.

Otro circuito es el que refrigera los motores eléctricos, o MGU. Los tres motores eléctricos (uno principal en cada eje más el pequeño motor eléctrico acoplado al TFSi de gasolina) están conectados mediante su propio circuito de baja temperatura, que disipa el calor mediante el radiador situado en la parte delantera izquierda del coche. El objetivo es que el refrigerante no alcance su punto de ebullición, una misión que se torna mucho más complicada en el desierto, donde el aire puede estar a 40 grados, lo que solo permite bajar la temperatura del refrigerante hasta los 60 grados.

Un tercer circuito de refrigeración, este por aceite, va en el conducto de aire delantero izquierdo, frente al radiador de temperatura, haciendo circular el líquido hidráulico para la dirección asistida, sometida a enormes cargas de trabajo en carrera. Y el mismo sistema, a través de unas válvulas, alimenta también los gatos elevadores situados a ambos lados del vehículo, y que permiten a piloto y copiloto cambiar una rueda en caso de pinchazo durante la etapa.

La relación de circuitos de refrigeración no acaba ahí, pues lógicamente hay uno reservado al aire acondicionado, cuyo condensador va en el conducto de aire delantero derecho, mientras que en el habitáculo un ventilador fuerza la circulación del aire.

Por último, dos circuitos de alta temperatura permiten trabajar en las mejores condiciones al motor de gasolina TFSi, situado transversalmente por detrás del asiento del copiloto y que dispone de un circuito de refrigeración con su propio radiador. El circuito de lubricación del aceite del motor va conectado térmicamente a este sistema a través de un intercambiador de calor. La turbocompresión de los gases de escape requiere de un segundo sistema de refrigeración, de modo que el aire de admisión comprimido fluya hacia el motor a través de un 'intercooler', situado sobre el eje posterior. La gran toma de aire situada sobre el techo divide el flujo de aire entre los dos radiadores, pero cuando se trata de un tramo de baja velocidad, por ejemplo en dunas, ese flujo puede no ser suficiente, razón por la cual Audi ha instalado tras cada radiador un ventilador para extraer por la parte posterior del RS Q e-tron el aire caliente si es necesario.

Esa es la teoría. Pero ahora queda ver su rendimiento en la práctica. Desde el 2 de enero, la carrera más dura del mundo pondrá a prueba los tres RS Q e-tron y su sofisticada tecnología.