Wie BMW sich Akkuzellen auf den Leib schneidert

27. Okt. 2023 — Lesedauer 4 min

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BMW

27. Okt. 2023 — Lesedauer 4 min

BMW erprobt im Cell Manufacturing Competence Center (CMCC) die Fertigung der neuen leistungsstarken Rundzellenbatterien für die Neue Klasse. Bei der Eröffnung der Pilotanlage übt Produktionsvorstand Milan Nedeljković scharfe Kritik an Deutschland und der EU.

Milan Nedeljković ist ein angenehmer Zeitgenosse. Der BMW-Produktionsvorstand spricht mit einer ruhigen Stimme, schaut seinem Gegenüber in die Augen und hört genau zu. Kurz, er hat wenig von der rustikalen Mein-Wort-ist-Gesetz-Attitüde gemein, die den einen oder anderen seiner Vorgänger „auszeichnete“. Doch in der Sache ist der Manager nicht weniger meinungsstark.

Bei der Eröffnung des CMCC in Parsdorf nahe bei München kritisierte Nedeljković die Verkehrspolitik Deutschlands und der EU mit klaren Worten. „Eine funktionierende und zeitgemäße Infrastruktur. Transport, Energieversorgung und digitale Netze sind für die Wirtschaft von höchster Bedeutung. Und gerade hier fallen wir im internationalen Vergleich zurück. Unzuverlässige Transportwege, hohe Energiekosten aber auch mangelnde Netzabdeckung sind für einen modernen Industriestandort nicht akzeptabel. Insbesondere der Ausbau einer wirtschaftlichen und gleichzeitig nachhaltigen Energieversorgung muss deutlich intensiviert und mit größter Geschwindigkeit vorangetrieben werden. Dies gilt – im Kontext der Elektromobilität – auch für die Ladeinfrastruktur.“

BMW: Positionierung gegen Protektionismus

Gleich darauf erteilte der BMW-Mann jeglichen Protektionismus durch Zölle, wie er immer wieder in der EU angedacht wird, eine klare Absage. “Nicht zuletzt müssen wir dafür Sorge tragen, dass der internationale Handel frei und ungehindert bleibt. Die Wirtschaftsabkommen der Europäischen Union sichern den Unternehmen einen guten Zugang zu den weltweiten Märkten. Protektionismus und Abschottung sind bedenkliche, den Freihandel bedrohende Tendenzen, die besonders global operierende Unternehmen treffen“, macht der Vorstand klar.

Dass ein Top-Manager eines global agierenden Automobilbauers einen möglichst ungehinderten Handel propagiert, dürfte niemanden überraschen. Das heißt aber nicht, dass die Münchner sehenden Auges in fatale Abhängigkeiten bei der Elektromobilität schlittern wollen. Deswegen haben sie jetzt das CMCC eröffnet, in dem die Produktion und die Prozesse der Zellfertigung für die Neue Klasse, die 2025 auf den Markt kommt, perfektioniert werden sollen. Wissen ist Macht, heißt es bei BMW und das ist gerade bei den Energiespeichern der sechsten Generation (Gen 6) entscheidend. Der Münchner haben einen großen Schluck aus der Tesla-Tasse genommen. Nur wenn die Batterie, der Elektromotor und alle Antriebskomponenten perfekt aufeinander abgestimmt sind, lassen sich effiziente Stromer bauen.

Innovationen in der Batterietechnologie

Gerade für einen Hersteller wie BMW, der sich auch bei der Elektromobilität über Dynamik definiert, sind Effizienz und Reichweite auch bei höherem Tempo wichtig. Deswegen erforschen BMW-Techniker im Kompetenzzentrum Batteriezelle (Battery Cell Competence Center, BCCC) die Chemie der Zelle, und im CMCC wird die Fertigung der Akkus trainiert. Bei der sechsten Generation wechselt der Münchner Autobauer von prismatischen auf runde Zellen, die deutlich kleiner sind als bisher, eine um 20 Prozent höhere Energiedichte aufweisen und damit eine bis 30 Prozent größere Reichweite ermöglichen. Auch die Ladezeit von zehn bis 80 Prozent soll um etwa 30 Prozent kürzer sein.

Daher steckt in dem zwischen 9,5 und zwölf Zentimeter hohen Akku-Zylinder, der einen Durchmesser von 4,6 Zentimeter hat, jede Menge Know-how. „Es gibt keine Komponente im Automobilbau, die komplexer ist als die Batterie“, erklärt Martin Schuster, der Leiter der Entwicklung der Batteriezellen bei BMW und ergänzt: „Nur wenn wie die Batterien komplett verstehen, können wir unseren Partnern genau definieren, was wir wollen.“ Das ist wichtig. Denn BMW wird nicht zum Batterieproduzenten. Das übernehmen externe Partner.

Die Gefahr, dass sich andere an dem bayerischen Energiewissen bedienen, sieht BMW nicht. „In einer Batteriezelle gibt es mehr als 3000 Ursache-Wirkung-Zusammenhänge und über 100 Prozessparameter, die entscheidend für die Weiterentwicklung sind“, verdeutlicht der Leiter der BMW-Batterieproduktion, Markus Fallböhmer. Damit wird die Industriespionage extrem schwierig bis unmöglich. Zumal die Energiespeicher eben auch mit dem Antriebsstrang abgestimmt werden. Schon deswegen kommen für BMW keine Zellen von der Stange in Betracht.

Ebendarum machen die Münchner Techniker auch ein großes Geheimnis aus der Zusammensetzung der hauchdünnen Folien und deren Beschichtung, die in den Zellen zum Einsatz kommen. Selbst bei der Länge der Folie, aus der die Anode und Kathode bestehen, schweigen sich die Techniker aus, denn durch die Dicke könnten Wettbewerber Rückschlüsse auf die genaue Rezeptur schließen. „Mehrere Meter“, lautet die Antwort. Mehr wird nicht verraten.

Damit bis 2025 bei der neuen Klasse, in der die runden Akkus debütieren sollen, alles glatt läuft, hat BMW eine Pilot-Produktion installiert, bei der bis zu eine Million Zellen pro Jahr gefertigt werden können, was etwa 0,1 Gigawattstunden entspricht. Wichtig ist aber nicht die Leistung, sondern dass alles wie geschmiert läuft, um dann im größeren Maßstab in einer Gigafabrik zu funktionieren. Auch wenn die Tüftelei an der Rundzeile und deren Herstellung noch in der Erprobung sind, hat BMW schon die nächste Evolutionsstufe der Batteriespeicher im Blick: die Feststoffbatterie. Auch die wird im CMCC erprobt, allerdings erst in der nächsten Dekade.

Wolfgang Gomoll

Wolfgang Gomoll beschäftigt sich mit dem Thema Elektromobilität und Elektroautos und verfasst für press:inform spannende Einblicke aus der E-Szene. Auf Elektroauto-News.net teilt er diese mit uns. Teils exklusiv!

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MMM:

Ja, schon.
Aber nur 15 mm mehr als bei Tesla, und 5 mm mehr als bei BYD. Die Vorteile überwiegen die Nachteile wohl.
Ich kann mir schon vorstellen, dass man hier Fußgaragen baut – aber ich weiß es natürlich nicht. Wenn man im Taycan mit Fußgaragen immerhin > 90 kWh brutto unterbringen kann, sollte das mit Zellen mit höherer volumetrischer Kapazität durchaus wieder möglich sein. Nicht im 2er, aber der muss das ja nicht unbedingt haben.
Vielleicht ist es auch denkbar, in einem SUV / CrossOver in diesem Bereich statt die 120er die 95er zu verbauen, und so nur “etwas” Kapazität zu verlieren statt “alles” – ob das schaltungstechnisch sinnvoll ist, steht auf einem anderen Blatt.

Ich lasse mich überraschen, was die da tüfteln. Fähige Ingenieure haben die. Man muss die nur mal machen lassen.

Philipp:

Und wieder verlierst Du Dich in “wie man Rundzellen im Auto unterbringt”, habe zuerst nicht gefragt und nun auch nicht wieder. Spar Dir die Wiederholung von nicht gefragten Aussagen. Kommt rüber wie Spam im Sketch bei Monty Python, ungefragt einfach mitliefern.

Du hast dagegen wieder nicht erklärt, warum das STAPELN von einzelnen Schichten (das ist wohl sicher die Vorgehensweise im Pouchformat) günstiger kommen soll, als das AUFROLLEN. Du behauptest einfach es nur.
Nach Deiner Logik wären z.B. Toilettenpapier günstiger herzustellen, wenn man einzelne Blätter stapelt und nicht eine Rolle aufrollt.

Nochmals: Man muss bei Pouch x mal eine Bewegung machen (eine Schicht nach der anderen Stapeln), also x mal eine Ebene zuerst komplett zuschneiden, nehmen, ausrichten, absenken, abbremsen, andrücken, gegenüber einer durchgängige Drehbewegung, der Anpressdruck ergibt sich aus der Spannung.

Wie kann x-mal günstiger als eine durchgängige Bewegung sein?

Ich kann mir vorstellen, dass wie du andeutest, die Pouchzelle in Summe günstiger kommen kann, wenn man eine gewisse Leistung erbringen will (weil bei aufgerollten Schichten sich immer der Radius ändert und damit nicht homogen ist). Bei gleicher Leistung wäre aber immer die Rundzelle günstiger, Du behauptest ohne jede Referenz das Gegenteil.

Hast Du überhaupt (wie ich) je was mit Fertigungstechnologie studiert oder beruflich später gemacht?

Marc:

Das ist doch Unfug. Man muss schon gleiche Kapazität vergleichen. Sonst ist es kein Vergleich. Außerdem geht es ja genau darum – um die Kosten für den Energiespeicher beim Thema Elektroauto.

Was willst du sonst vergleichen? Die kleinste Rundzelle gegen die kleinste Pouchzelle? Macht zwar keinen Sinne, verliert aber die Rundzelle. Grundsätzlich ist eine Rundzelle teurer, weil die separaten Schichten in jedem Fall übereinander gelegt werden. Bei der Flachzelle und der Rundzelle. Nur werden sie bei der Rundzelle noch gerollt. Und sie benötigen ein festes Gehäuse aus Blech, das gerollt und gefalzt werden muss. Ist teurer als ein Sack aus Folie drüber zu ziehen und zu verkleben.

Dass Rundzellen für den Endkunden relativ billig sind, liegt nur daran, dass sie in Europa für diesen Zweck häufig eingesetzt und entsprechend in großen Mengen auf dem Markt sind. Es gibt kaum Pouchzellen für den Endkunden. Wer allerdings unbedingt als Endkunde Pouchzellen kaufen will, kann das machen. Die Ware aus China kostet kleinstes Geld, ich sehe Zellpreise unter 10c.

Willst du andersherum dein Elektroauto mit Rundzellen ausstatten und als Endkunde einkaufen, wird das ein richtig teurer Akku. Du darfst gerne mal gucken, was 7920 18650 Zellen mit 3500 mA kosten. Oder guck doch mal, was 4416 21700 Zellen mit 5000 mAh kosten. Daran kann man aber auch nur sehen, dass die Endkundenpreise zu vergleichen überhaupt keinen Sinn macht.

Philipp:

Das erklärt nicht warum eine Rundzelle teurer in der Herstellung sei wie eine Flachzelle. Auf eine Flachzelle muss man offensichtlich x-mal eine Schicht nacheinander aufbringen, während eine Rundzelle nur ein Prozesschritt ist -> aufwickeln.
Ich habe schon zugestimmt, dass die Batterie teurer kommt. Du hattest aber die Zelle als teurer umschrieben, das ist einfach nicht nachvollziehbar.

Oder kurz ausgedrückt aus meinem täglichem Leben: Alle billigen Batterien AA oder AAA (egal welche Chemie) sind Rundzellen. Blockbatterien sind teurer.

Ganz ehrlich: Ich glaube Du weißt gar nicht ob eine Rundzelle teurer in der Herstellung ist, sondern wolltest dich auf die Batterie beziehen. Kannst Du Irrtümer eigentlich zugestehen?

brainDotExe:

Trotzdem sind 95 mm ganz schön hoch, wenn man ein flaches tiefes Auto bauen will.

Ob sie wie beim Porsche “Fußgaragen” im Akku lassen?

Marc:

Rundzellen sind, sehr vereinfacht, aufgewickelte Flachzellen mit ner Hülle drum. Also alle Prozessschritte plus wickeln plus Hülle bauen – mehr Prozessschritte und mehr Material. Vor allem sind sie prinzipbedingt kleiner, man muss also viele Rundzellen machen, um auf die gleiche Speicherleistung zu kommen. Dazu der Vergleich: Die Plaid haben 7920 Zellen während der Seal 172 Zellen hat. Ein Seal mit der Kapazität der Plaid hätte 190 Zellen. Das bedeutet, für eine Zelle des Seal muss der Plaid 42 Zellen einsetzen. Genau deshalb geht BMW bis an das Limit mit den 46120 Format. Da hat man einen guten Kompromiss mit nicht zu wenig Kapazität. Drei dieser Zellen sind wie eine Zelle des Seal.

MMM:

Du hast keine Vorstellungen von der Komplexität.
Ich habe erst ein Interview mit einem BMW-Verantwortlichen gelesen. Nicht nur, dass die Zellen “maßgeschneidert” sind für die jeweiligen Ansprüche – die würde mit einem anderen Antrieb nicht so funktionieren wie gewünscht – vor allem geht es nicht einfach darum, ob man eine 622 oder 811 Zellchemie hat, wieviel Si da drin ist. Das sind über 1000 Prozessparameter, die eingestellt (und gehalten) werden müssen.
Selbst wenn man Patente, Geheimhaltungsvereinbarungen usw. mal ignoriert, ist das nixhts, was man eben mal nachbauen könnte.
Der Nachbau eines Dieselmotors ist dagegen ein Kinderspiel – und das funktioniert auch nicht wirklich. Sonst gäbe es keinen Grund, dieses Prinzip so verbissen zu verteidigen ;-)

MMM:

Daher haben sie sich für längere Zellen entschieden, verbauen die vermutlich nicht stehend.

Doch. Ich erkläre auch, wieso.
Die 4695 Zelle ist für “flachere” Fahrzeuge gedacht, die 46120 für höhere Fahrzeuge.
Diese Einteilung macht ja keinen Sinn, wenn sie liegen.
Dann erinnerst du dich noch an die Großbestellung bei (soweit ich mich erinnere) Elring Klinger für Zellkontakierungsmatten. Das sind großflächige Teile zur gleichzeitigen Kontaktierung von vielen Zellen in einem Schritt.
Last but not least gab es mal die Aussage, dass die Autos (nach Berechnungen) mit der 4695 Zelle einen 1-2% höheren Luftwiderstand haben wird als mit einer 4680 Zelle. Die deutlich höhere Kapazität gleicht diesen Nachteil aber mehr als aus.

Zur Zellkapazität kann ich gerade nichts sagen, da habe ich keinen Wert im Kopf. Es soll allerdins 2 verschiedene Zellchemien geben, eine Range-Zelle mit besonders hoher Energiedichte, und eine Power-Zelle mit hoher Leistung. Falls das noch der Aktuelle Stand ist, gäbe es ingesamt 4 verschiedene Zellen, je nach Bedarf.
Allerdings ergeben 600 Zellen mit 130 Wh schon 78 kWh brutto. Als kleinste Option vielleich sogar etwas viel. 800x 170 Wh sind schon 136 kWh, das könnte als Topversion vielleicht kommen. Und das noch ohne Feststoffzelle.

Achja, ein Link, nicht der den ich wollte, aber besser als nix:
https://www.golem.de/news/akkutechnik-4695-akku-schafft-40-prozent-mehr-reichweite-als-tesla-2303-172843.html

Philipp:

“dass Rundzellen grundsätzlich teurer in der Herstellung sind”
Kannst Du das mal erklären? Ich halte eine Wicklung für technisch weniger unaufwendiger und potentiell performanter in der Herstellung als eine Schichtung.
Die Batterie ist dann teurer, weil runde Elemente sich geometrisch nicht so schön aneinanderreihen und elektrisch verbinden lassen als rechteckicke/prismatische Zellen.

Marc:

Alle Hersteller, die auf 800 V umstellen wollen, haben die Thematik, dass sie dafür die richtige Zeilenanzahl designen müssen. Große Zellen sind am relativ billigsten herzustellen und zu konfektionieren. Aber was da möglich ist, ist nicht immer sinnvoll.

Bestes Beispiel ist der BYD Seal, der seine 86 kWh netto auf nur 172 Zellen verteilt. Der Seal hat zwar eine 800 V-Plattform, aber nicht 800 V. Er schaltet alle 172 Zellen hintereinander, also seriell. Damit erreicht er nicht annähernd die für diese Architektur optimale Spannung, dafür wären 220 Zellen in der Praxis sinnvoll. Vor allem ist er in der aktuellen Auslegung schwierigen Temperaturbereichen und/oder bei hoher Leistungsanforderung sehr vulnerabel, weil er keinen parallelen Strang hat. Es ist immer besser, die Stromstärke auf mehrere Stränge zu verteilen. Zwei Stränge mit halber Amperezahl sind in der Praxis deutlich widerstandsfähiger als ein Strang mit voller Amperezahl. Also wird man den Seal vermutlich sehr rechtzeitig abriegeln.

Das kann der Weg von BMW nicht sein. Sie suchen für eine vernünftige Akkugröße, die vermutlich beim großen Akku um 100 kWh liegen wird, nach einer gescheiten Auslegung. Dabei ist natürlich auch zu berücksichtigen, dass Rundzellen grundsätzlich teurer in der Herstellung sind, aber zusätzliche Länge relativ wenig mehr kostet. Daher haben sie sich für längere Zellen entschieden, verbauen die vermutlich nicht stehend. Ihre 46950 dürfte 130 Wh haben, die 46120 170 Wh. Damit hat man einen Bedarf von etwa 600-800 Zellen. Das könnte eine 3p Auslegung im Standard und eine 4p Auslegung bei Performance-Modellen werden. Klingt nach BMW!