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Leistungsstark und skalierbar: das neue ID. Batteriesystem

Volkswagen will E-Mobilität für Millionen Kunden attraktiv machen. Das neue, für den Modularen E-Antriebsbaukasten entwickelte Batteriesystem hilft dabei – mit skalierbaren Reichweiten zwischen 330 und mehr als 550 Kilometern.

Die im Fahrzeugboden eingebettete Batterie bildet das Herzstück des neuen ID. Chassis

ELECTRIC FOR ALL heißt die ehrgeizige Vision, mit der Volkswagen Elektromobilität für Millionen Menschen erschwinglich machen will. Ab 2020 werden Modelle der ID. Familie erhältlich sein, die das Potenzial der E-Fahrzeuge bei Reichweite, Platzangebot und Dynamik optimal ausschöpfen. Bis 2025 soll der Absatz der ID. Familie auf mehr als eine Million Fahrzeuge jährlich steigen. Eine Schlüsselrolle spielt dabei das neu entwickelte Batteriesystem. Doch was genau kann es? Und welche Strategie steckt dahinter?

Das Wichtigste zuerst: Die ID. Familie kommt mit leistungsfähigen, skalierbaren Batterien auf den Markt, die mit verschiedenen Kapazitäten für Reichweiten zwischen 330 und mehr als 550 Kilometern konfigurierbar sein werden. Jede Kundin und jeder Kunde kann also die Reichweite wählen, die optimal zu den eigenen Fahrgewohnheiten passt. Hierfür hat Volkswagen ein komplett neues, gegenüber heutigen Lösungen weniger komplexes, aber deutlich leistungsfähigeres Batteriesystem entwickelt, das vergleichsweise einfach in verschiedenen Leistungsstufen in die ID. Modelle integriert werden kann. Die Folge: bessere Individualisierungsmöglichkeiten. Kunden, die ihr E-Auto im Stadtverkehr nutzen, erhalten einen günstigeren Kaufpreis. Kunden, die eher längere Strecken zurücklegen, erhalten bei Bedarf mehr Reichweite.  

Batterie wie eine Tafel Schokolade aufgebaut

So dynamisch entwickelt sich die Lithium-Ionen-Technologie

Zu den weiteren Vorteilen des neuen Batteriesystems zählen eine Gewichtsoptimierung (durch ein Aluminiumgehäuse), die Adaptierbarkeit verschiedener Zelltypen sowie eine integrierte Kühlung. Eingesetzt werden kann die Batterie so für den Antrieb einer Achse oder beider Achsen. Die Anordnung der Zellmodule kann man sich wie die einzelnen Riegel bei einer Tafel Schokolade vorstellen. Daraus ergibt auch die Form – die wiederum dafür sorgt, dass sich die Batterie einfach montieren lässt. Volkswagen konnte zudem die Ladeleistung auf bis zu 125 kW erhöhen – ein im Segment des ID. bislang nicht realisierter Wert, der das Laden beschleunigt und so die Ladestopps verkürzt. Das Batteriesystem ist zentrales Element des Modularen E-Antriebsbaukasten (MEB), der neuen, konsequent auf Elektroantriebe ausgelegten Fahrzeugarchitektur von Volkswagen.

Der größte deutsche Automobilhersteller nutzt hierbei seine breiten Erfahrungen bei der Entwicklung vollelektrischer und Plug-In-Modelle. Hergestellt werden die Batteriesysteme überwiegend im Volkswagen Komponenten-Werk Braunschweig. Der für die Antriebssysteme zuständige und ab Januar 2019 eigenständige Unternehmensbereich Volkswagen Konzern Komponente baut diesen Standort aktuell aus, um in Braunschweig künftig bis zu einer halben Million Batteriesysteme jährlich zu fertigen.

Seit 2017 hat Volkswagen die Entwicklung der Lithium-Ionen-Batterien in einem Center of Excellence für Batteriezellen in Salzgitter gebündelt, das für alle Batteriezellen im Volkswagen Konzern verantwortlich ist; im Werk Salzgitter wird zudem aktuell eine Pilotlinie für die Batteriezellenproduktion aufgebaut. Auch die elektrischen Antriebe produziert der Unternehmensbereich Volkswagen Konzern Komponente: Dafür wurde eigens das Werk Kassel neu strukturiert. Vor diesem Hintergrund investiert das Unternehmen allein in Braunschweig, Salzgitter und Kassel 1,3 Milliarden Euro in die E-Mobilität.

Aluminium-Batteriegehäuse mit Crashrahmen

So lädt und entlädt sich eine Lithium-Ionen-Batterie

Aufgebaut sind die MEB-Batterien wie folgt: Die unterste Ebene bildet ein solider Auffahrschutz. Darüber angeordnet ist das Aluminium-Batteriegehäuse mit einem Crashrahmen, der integrierten Batteriekühlung und einer Anschlussbox für das Hochvolt- und Niedervolt-Bordnetz (AC, DC und 12V). In das Batteriegehäuse eingesetzt werden die neu entwickelten MEB-Zellmodule, die aus einzelnen Batteriezellen bestehen. Die Zell-Controller (CMCe) – Steuergeräte für die Überwachung der Zellen (Spannung, Ströme und Temperatur) und das Zell-Balancing (Sicherstellen gleicher Belastung der Zellen im täglichen Betrieb) – sind im Gehäuselängsträger der Batterie eingebaut. Im hinteren Teil des Batteriesystems ist als weiteres Steuergerät die Batterieelektronik (BMCe) integriert. Über sogenannte Zellmodulverbinder werden die Zellmodule miteinander vernetzt; Messleitungen kommunizieren indes mit der Batterieelektronik. Geschlossen wird das Batteriegehäuse nach oben hin mit einem Deckel, der zur eventuellen Wartung einfach entfernt werden kann.

Da als Zelltypen sowohl die Bauform „Pouch“ als auch „Prismatisch“ eingesetzt werden können, ergibt sich eine hohe Flexibilität in der Zusammenarbeit mit den Zelllieferanten. Über eine maximale Packungsdichte innerhalb der Zellmodule erreicht Volkswagen die höchste Energiedichte. Die Energiedichte und damit auch der Energiegehalt der Batterien wird in kommenden Jahren immer weiter steigen. Einen weiteren Durchbruch könnte es zudem in der zweiten Hälfte des nächsten Jahrzehnts mit dem Einsatz von Feststoffzellen geben.

Eine Lithium-Ionen-Batteriezelle besteht aus der Anode (Kohlenstoff, Kupferfolie), einem Separator (poröse Polyolefin-Folie, keramikbeschichtet), einer Kathode (Lithium-Metall-Oxid, Aluminiumfolie) und einem Elektrolyt (organische Lösungsmittel, Lithium-Leitsalz, Additive). Beim Laden wandern die Lithium-Ionen von der Kathode zur Anode und werden dort gespeichert. Die elektrische Energie – eingespeist aus dem Stromnetz – wird dabei in chemische Energie umgewandelt. Dazu fließen die Elektronen durch den Stromkreis, die Lithium-Ionen indes durch den Separator. Beim Entladevorgang – zum Betrieb des Elektromotors – wandern die Lithium-Ionen zurück zur Kathode. Die chemische Energie wird dabei wieder in elektrische Energie umgewandelt. In diesem Fall fließen die Elektronen durch den Stromkreis und die Lithium-Ionen durch den Separator in umgekehrter Richtung.

Die dynamische Entwicklung der Lithium-Ionen-Batterien bei Volkswagen legt einen wesentlichen Grundstein für den Erfolg der neu entwickelten Generation von ID. Elektrofahrzeugen, die ab 2019 produziert und ab 2020 erhältlich sein werden. Als erstes Modell der ID. Familie wird der ID. durchstarten – ein erschwinglicher, viertüriger, vollvernetzter Kompaktwagen. Im September 2016 hat Volkswagen eine erste Studie des I.D. auf dem Pariser Salon vorgestellt. 24 Monate später bewegt sich der rein elektrische Volkswagen mit hoher Geschwindigkeit auf die Serienreife zu. Mit skalierbaren Reichweiten auf dem Niveau heutiger Benziner und dem Preislevel aktueller Diesel hat der ID. das Potenzial, den Durchbruch für die umweltfreundliche Elektromobilität und damit eine neue Antriebsära einzuleiten.