Audi betont eigene Auslegung und Entwicklung von Batteriezellen

Audi bezieht seine Elektroauto-Akkus derzeit noch von den hier führenden Zulieferern aus Asien. In wenigen Jahren will der Volkswagen-Konzern auch eigene Batteriezellen herstellen. Schon heute betreibe man die Auslegung und Entwicklung der Energiespeicher unter eigener Regie, betont Audi. Darüber hinaus überprüfe man die Komponenten des Akkumulators im eigenen Batterietechnikum in Gaimersheim.

„Die Kunst beim Schnellladen von Lithium-Ionen-Zellen besteht in einer präzisen Stromregelung, um die Anode an den goldenen Stellen nicht zu überladen, denn das würde zu einer schnellen Alterung führen“, erläutert Bernhard Rieger, Zellexperte im Batterietechnikum in Gaimersheim. „Deshalb liegt unsere Aufgabe im optimalen Betrieb der Lithium-Ionen-Zellen, um die bestmögliche Reichweite und Ladeperformance zu erreichen.“

Die Zelltechniker in Gaimersheim stehen vor einem Zielkonflikt. „Uns steht ein bestimmtes Package zur Verfügung, in das wir so viel Energie wie möglich hineinpacken wollen“, so Rieger. „Aber das wollen wir auch so schnell wie möglich wieder aufladen können.“ Doch je größer die Energiedichte ist, desto länger dauert das Laden. Die Zelltechniker stehen also vor dem Balanceakt, bei steigender Energiedichte die Ladedauer zumindest konstant zu halten.

Um schnell viel Energie laden zu können, stehe die Ladefähigkeit in der Projektentwicklung sehr früh auf der Tagesordnung, so Audi. Man setze aktuell in dieser Disziplin mit zwei Modellen Maßstäbe: Die Zellen der 93 kWh großen Hochvoltbatterie bei der Sportlimousine e-tron GT quattro füllten sich unter Idealbedingungen mit bis zu 270 kW Leistung in 22,5 Minuten von 5 auf 80 Prozent. Und auch das seit 2019 bestellbare SUV e-tron gelte mit seiner plateauhaften Ladekurve, bei der die Ladeleistung von bis zu 150 kW über einen weiten Bereich des Ladevorgangs anliegt, bis heute „als Benchmark“.

„Wir investieren sehr viel Zeit in die Entwicklung der optimalen Ansteuerung der Zellen und die Stromregelung, um eine möglichst kurze Ladedauer bei gleichzeitig hoher Effizienz und hoher Lebensdauer zu erreichen“, erklärt Rieger. Dafür stehe in Gaimersheim nicht allein die Batteriezelle im Fokus. Ebenfalls relevant für das Schnellladekonzept von Audi seien die Gesamtbatterie mit der Batterieelektronik, das Thermomanagement und die Hochvoltperipherie. „Die Systeme sind von Beginn an auf schnelles Laden ausgelegt, denn es ist sehr schwer, im Nachhinein die Ladeleistung noch anzuheben. Die gewünschten Ladeeigenschaften erreicht nur ein perfekt aufeinander abgestimmtes Gesamtpaket, bei dem schon in der frühen Phase der Entwicklung jedes Detail zählt.“

Neben den Kriterien Energiedichte und Ladefähigkeit erfüllten die Batteriezellen auch in puncto Lebensdauer und Sicherheit höchste Standards, versichert Audi. Zu diesem Zweck müssten die Zellen im Einzelnen und auch das Batteriesystem als Ganzes auf dem rund 4400 Quadratmeter großen Gelände in Gaimersheim zahlreiche Prüfungen bestehen. Für jedes Fahrzeugprojekt stünden unterschiedliche Lebensdauer- und Schnellladetests mit mehreren Hundert Zellen an. Dabei würden unterschiedliche Lade- und Lastprofile durchlaufen, welche die Techniker bei Temperaturen von minus 30 Grad Celsius bis plus 60 Grad Celsius in Klimakammern durchführen.

Tests vier Jahre vor Produktionsstart

„Wir testen und prüfen ab einer frühen Musterphase rund vier Jahre vor Produktionsstart, um bei Bedarf nachjustieren zu können“, berichtet Rieger. Um Alterungseffekte der Zellen einschätzen zu können, würden sie zudem rund ein Jahr lang hohen Temperaturen ausgesetzt. Damit reproduziere Audi eine Lebensdauer im Fahrzeug von bis zu 15 Jahren. Mit Lebensdauerprüfständen stelle man in Gaimersheim darüber hinaus Laufleistungen von rund 300.000 Kilometern beschleunigt nach. Hinzu kämen Crash- und Überladetests sowie weitere verschiedene Sicherheitserprobungen. Verschiedenste Fahrszenarien ließen sich simulieren, um die Betriebsstrategien der Hochvoltkomponenten oder das Thermomanagement zu optimieren.

„Auf diese Weise können wir unsere Batterien im Feintuning über Applikation bestmöglich einstellen“, sagt Rieger. „Wenn es neue Erkenntnisse aus den Zellvermessungen gibt, speisen wir die Ergebnisse gleich in virtuelle Batteriemodelle ein und schauen, wie sich das auf das Fahrzeug auswirkt.“ In Gaimersheim ist auch der Musterbau für die Prototypenbatterien untergebracht, wo die Mitarbeiter bis zur Vorserie die Hochvoltakkumulatoren bauen. „Hier haben wir die Kompetenz, die Auslegung und Betriebsstrategie der Zelle so fein zu tunen, dass wir die für Audi perfekten Eigenschaften erzielen“, fasst Rieger zusammen. „Wie betreibe ich und wie baue ich die Batterie, um sie bestmöglich auszunutzen? Diese Frage beantworten wir jeden Tag im Batterietechnikum in Gaimersheim.“