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Technik: Batteriezellen der Zukunft Fortschritte statt Quantensprung

Batteriepaket
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Seit Jahren machen immer wieder Meldungen die Runde, dass in Sachen Akkutechnik gigantische Innovationssprünge bevorstehen würden. Die Realitäten sahen bisher anders aus und auch in den kommenden Jahren werden nennenswerte Fortschritte erwartet, keine neuen Sphären.

In Sachen Akkutechnik kocht scheinbar jeder Unternehmer sein ganz eigenes Süppchen. Doch wer hinter die Kulissen der Entwicklungszentren schaut, bemerkt, dass die großen Batteriehersteller Schlagzahl und Innovationen der Elektroautos vorgeben. Die Autohersteller verkaufen dies zumeist als eigene Technologien – wohl wissend, dass die Akkupakete im Unterboden der eigenen Modelle das Rennen um die Zukunft entscheiden werden. Ging es abgesehen von Marke und Design einst in erster Linie um die Motoren, so kommt den Elektrotriebwerken an Vorder- oder Hinterachse eine immer geringere Bedeutung bei. Eine spezielle Spulenwicklung ist eben nicht derart charismatisch wie der seidig drehende Reihensechszylinder oder ein bullig blubbernder V8-Sauger. Das Rennen um die Antriebstechnik wird bei den Batteriepaketen entschieden und hier haben eine Handvoll Zulieferer die Fäden in der Hand. Viele Hersteller kaufen die Batterietechnik ein, nur wenige entwickeln und produzieren diese aufwendig selbst.

BMW testet seine Akkuzellen zwar im seinem neuen Kompetenzzentrum für Batteriezellfertigung in Parsdorf bei München. Im Gegensatz zu so manchem Konkurrenten kaufen die Bayern die Akkus jedoch bei einem Zulieferer wie CATL ein. „Mit dem Kompetenzzentrum für Batteriezellfertigung in Parsdorf gehen wir den nächsten konsequenten Schritt, um den gesamten Wertschöpfungsprozess für Batteriezellen in seiner Tiefe zu durchdringen“, erläutert Markus Fallböhmer, Leiter der E- Antriebsproduktion, „nach der erfolgreichen Implementierung des Kompetenzzentrum Batteriezelle fokussieren wir jetzt auf die Produktionsprozesse. So können Experten der BMW Group auf Augenhöhe mit den Zellherstellern diskutieren und Prozesse und Technologien optimieren.“

Doch schon jetzt blicken alle aus FIZ und Vierzylinder am Petuelring nur auf das Jahr 2025, wenn die sogenannte neue Klasse eine neue Technikplattform der Bayern einführen wird, auf die nahezu alle zukünftigen Modellreihen zurückgreifen werden. Vor diesem Hintergrund wird BMW von aktuell prismatischen zu zylindrischen Zellen wechseln. Die haben damit eine ähnliche Form wie bei Konkurrent Tesla, deren neue 4680er-Zellen (46 mm Breite und 80 mm Höhe) die gleiche Form und ungefähr den gleichen Durchmesser haben. „Es ist ein Zufall, dass es fast die gleichen sind. Tatsächlich werden unsere 46 mm breit und 95 mm hoch sein, was bedeutet, dass sie etwas höher sind“, erläutert BMW-Entwicklungsvorstand Frank Weber, „wir entwickeln die Batteriezellen selbst und arbeiten mit Produktionspartnern zusammen, um das Zellendesign festzulegen. Wir haben uns für eine Breite von 46 mm entschieden, weil dies die ideale Größe für das thermische Gleichgewicht ist.“ Für die nächste Akkugeneration stellt Frank Weber keinen gigantischen, aber allemal einen beträchtlichen Sprung nach vorn in Aussicht: „Der Grund, warum wir jetzt auf zylindrische Zellen umgestiegen sind, hat mit der Tatsache zu tun, dass wir die Energiedichte drastisch erhöht haben - 20 bis 30 Prozent mehr - und das würde bei prismatischen Zellen, die viel größer sind, zu viel werden.“

Im Unterschied dazu entwickelt und produziert der Volkswagen Konzern für seine einzelnen Marken wesentliche Komponenten der Elektroautos selbst; produziert eigene Module oder kauft bei Zulieferern ein. In Salzgitter hat VW dafür eines der modernsten Labore für Zellforschung in Europa eröffnet. Bis 2025 soll hier die Volkswagen Einheitszelle vom Band laufen. In insgesamt vier Laboren arbeiten 250 Experten in Bereichen wie Zellentwicklung, Analytik und Tests forschen. „Mit den neuen, hochmodernen Laboren bauen wir unsere Entwicklungs-, Prozess- und Fertigungskompetenz für die Batteriezelle – dem Herzstück des E- Fahrzeugs – weiter aus. Der Volkswagen Standort Salzgitter zeigt, wie die Transformation der deutschen Automobilwirtschaft von konventionellen Antrieben zur E-Mobilität gelingen kann“, so Thomas Schmall, VW-Konzernvorstand Technik.

Bis 2030 will Volkswagen in Europa gemeinsam mit Partnern sechs Zellfabriken mit einer Produktionsleistung von 240 GWh betreiben. Allein in Salzgitter sollen mittelfristig Zellen mit einer Jahreskapazität von 40 GWh gefertigt. Die neue Einheitszelle soll Synergien nutzen und die Batteriekosten um die Hälfte reduzieren - mindestens. Das Testzentrum in Salzgitter zeichnet für die konzernweite Materialerprobung, Freigabeprüfungen, Qualitätssicherung und Serienüberwachung von Zellen verantwortlich. Aktuell sind von den 500 Mitarbeitern etwa 160 mit der Zellentwicklung beschäftigt. Bis Ende 2022 soll sich die Zahl der Mitarbeiter verdoppeln. Die Labore ermöglichen auf einer Fläche von 2.500 Quadratmetern Testprogramme mit bis zu 200 verschiedenen Analyseverfahren.

Auch Mercedes hat in Sachen Akkutechnik große Pläne. Die Fäden laufen dabei auf dem Gelände des Stammwerks in Untertürkheim zusammen. Der neue eCampus soll ab kommendem Jahr schrittweise in Betrieb genommen werden und zum Start unter anderem eine Fabrik zur Kleinserienfertigung von Batteriezellen beherbergen. Bis 2025 sollen ein Sicherheitslabor und verschiedene Prüfstände die Erprobung neuer Batteriegenerationen komplettieren. Der neue eCampus von Mercedes umfasst eine Fläche von mehr als 30.000 Quadratmetern. Mercedes-Entwicklungsvorstand Markus Schäfer: „Die am Standort Untertürkheim entwickelten Komponenten werden eine Schlüsselrolle einnehmen. Schon heute entwickeln wir hier nicht nur Teile unserer elektrischen Antriebe, sondern forschen auch in unseren Laboren an den Zellchemien der Zukunft und erproben diese bis zur Produktionsreife. Am neuen eCampus werden wir unsere umfassenden Entwicklungskompetenzen über den gesamten elektrischen Antrieb hinweg künftig noch effektiver bündeln können.“

Der chinesische Autokonzern BYD – Build your Dreams – liefert im Unterschied zu den meisten europäischen Wettbewerbern alles aus einer Hand. Was BYD so erfolgreich macht ist eben eine vertikale Zusammenführung verschiedener Technologien, die bei anderen Unternehmen nicht unbedingt in einer Hand liegen: Batterien, Motoren, elektronische Steuerung und Chips – das bietet kaum ein anderer und verspricht große Vorteile bei Kosten und interdisziplinärer Vernetzung der einzelnen Entwicklungs- und Produktionsschritte. Eines seiner wichtigsten Entwicklungszentren betreibt der US-Autobauer General Motors in Warren, eine knappe Stunde außerhalb von Downtown Detroit. „Eine gemeinsame Zelle ist das A und O beim Elektroauto“, erklärt Tim Grewe als Director of Electrification bei General Motors, „letztlich geht es hier viel um Full-Size-Trucks, weil die das größte Volumen bei uns machen. Aber natürlich ist das Ganze auch wichtig für die autonomen Fahrzeuge. Wir lernen hier im Tech-Center mit jedem Schritt, den wir machen.“ Ultimate heißt das einheitliche Zellformat bei General Motors. „Die Zelle ist die DNA eines Elektroautos“, legt Tim Grewe nach, „die Höhe der Zelle wird bei uns von den SUV und Pick-Ups festgelegt.“ Um schnell zu reagieren und keine Reibungsverluste zu erleiden, ist Zulieferer LG Chem bei General Motors direkt an der Zellerprobung beteiligt und arbeitet im Batterielabor in Warren vor Ort mit. Das Aushängeschild des Cadillac Lyriq mit seinem 104-kWh-Akkupaket bietet eine Akkuleistung von 620 Watt pro Liter. „Langfristig sind das 850 oder sogar bis zu 1.100 Watt drin“, freut sich Grewe, „dann werden die Akkus kleiner und natürlich auch leichter. Das ist auch wichtig für die Kosten.“ Denn unter dem Strich geht es bei allen Marken nicht allein um Reichweite, Effizienz und Kundennutzen allein, sondern speziell um die besten Kostenstrukturen, um wettbewerbsfähig zu bleiben.

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