Die im Fahrzeugboden eingebettete Batterie bildet das Herzstück des neuen ID. Chassis./ Foto: Volkswagen

Dresden (WB/Volkswagen) - 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.

ELECTRIC FOR ALL heißt die ehrgeizige Vision, mit der Volkswagen Elektromobilität für Millionen Menschen erschwinglich machen will. Ab 2020 werden die ersten Modelle der ID. Familie erhältlich sein. Sie werden das Potenzial von E-Fahrzeugen bei Reichweite, Platzangebot und Dynamik maximal 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 zu den eigenen Fahrgewohnheiten optimal 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.

Wie eine Tafel Schokolade: Der Aufbau der Batterie
Zu den weiteren Vorteilen des neuen Batteriesystems zählen Gewichtsoptimierung (durch ein Aluminiumgehäuse), die Adaptierbarkeit verschiedener Zelltypen sowie eine integrierte Kühlung. So kann die Batterie für den Antrieb einer oder beider Achsen eingesetzt werden. Die Anordnung der Zellmodule kann man sich wie die einzelnen Riegel einer Tafel Schokolade vorstellen. Daraus ergibt sich 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. Er beschleunigt das Laden und verkürzt dadurch die Ladestopps. 

Entwickl ionen tech

So dynamisch entwickelt sich die Lithium-Ionen-Technologie./ Foto: Volkswagen

Das gesamte Batteriesystem ist zentrales Element des Modularen E-Antriebsbaukasten (MEB), der neuen, konsequent auf Elektroantriebe ausgelegten Fahrzeugarchitektur. Der größte deutsche Automobilhersteller nutzt hierbei seine umfangreichen 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 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 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
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. Er kann zur eventuellen Wartung einfach entfernt werden.

Da als Zelltypen sowohl die Bauform „Pouch“ als auch „Prismatisch“ eingesetzt werden können, ergibt sich eine hohe Flexibilität in der Zusammenarbeit mit 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.

Funktion Lihium

So lädt und entlädt sich eine Lithium-Ionen-Batterie
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.