Northvolt - Zellfertigung in Schweden

Als eines der neuesten Projekte hat Northvolt den Bau einer Batterie Zellfertigung in Nordschweden angekündigt. Bild: Northvolt

Die Automobilindustrie steht vor einem Umbruch wie es die Branche so noch nicht erlebt hat. Die Elektrifizierung des Antriebsstranges ist in aller Munde und wird den Fahrzeugantrieb nachhaltig verändern. Gegenwärtig bestehen allerdings nur etwa vier Prozent der Fahrzeugproduktion aus Fahrzeugen mit alternativen Antrieben, wobei aktuell noch der Vollhybrid dominiert. Es wird erwartet, dass der Mild Hybrid ab 2020 den Markt beherschen wird, wobei hier eine  etwas andere Batterietechnik Verwendung findet.

Es gibt eine Reihe von Faktoren, die unsere Wahrnehmung des Batteriethemas maßgeblich bestimmen. Neben dem allgegenwärtigen Kosten- und Reichweitendiskusion haben sich die Verfübarkeit von Rohmaterialien und die limitierte Produktionskapazität für Batteriezellen als Kernthemen etabliert. Auch wird die Integration der Batterie in das Fahrzeug immer wichtiger, da Kunden eine signifikante Einschränkung des Platzen im Fahrzeug nicht mehr tolerieren.

Das was umgangssprachlich als Batterie bezeichnet wird, ist das Batteriepack, also das Gesamtsystem Batterie. Das Batteriepack besteht aus einer Rehe von Batteriemodulen und -zellen, dem Batteriemanagementsystem und dem System zur Batteriekühlung. Batterien die in Mild-, Voll- und Pluginhybriden sowie Elektrofahrzeugen zum Einsatz kommen, sind in der Lithium-Ionen-Technologie ausgeführt. Jede dieser Antriebsarten bedingt Batterien verschiedener Größe und Kapazität. Daneben haben sich verschiedene Materialkombination für die Kathode und verschiedene Zelltypen etabliert.

Nahtlose Integration in die Modelle

Das Verbauen von prismatischen, zylindrischen oder Pouch-Zellen erlaubt es den Fahrzeugherstellern, Batterien zu konzipieren, die sich nahtlos in das jeweilige Modell integrieren lassen. Es muss allerdings angemerkt werden, dass eine Vielzahl von Modellen, hauptsächlich Mild- und Vollhybride, Derivate entsprechender konventionell angetriebener Fahrzeugmodelle sind. Bei solchen Modellen sind die Hochvoltkomponenten dort im Fahrzeug untergebracht, wo Platz zur Verfügung steht. Ein komplexeres thermisches Management der Batterie kann hier allerdings auch zu höheren Integrationskosten führen.

Grafik Kapazitätsentwicklung Batteriezellen
Laut derzeit bekannten Projekten dürfte die weltweite Batteriezellfertigung bis 2020 um über 236 Prozent steigen. Quelle: IHS Markit

Eine ganzheitliche Herangehensweise kann hier die Optimierungspotentiale bringen, die sich in einer verbesserten Performance bei niedrigen Kosten niederschlagen. So werden entsprechende Elekrofahrzeuge von vornherein so konzipiert, dass Komponenten optimal plaziert werden können. So sind zum Beispiel die Batterien in Elektrofahrzeugen im Fahrzeugboden zwischen den beiden Achsen platziert und bilden ein strukturelles Teil mit der Karosserie. Dieser Ansatz garantiert einen niedrigen Schwerpunkt und eine sichere Platzierung  im Fahrzeug.

Da die meisten Hybridfahrzeuge keine eigenständigen Modelle sind, befindet sich die Batterie entweder unter oder im Kofferraum des Fahrzeugs oder unter den Rücksitzen. Es wird allerdings erwartet, das zukünftige Elektrofahrzeuge speziell entwickelt werden und somit die verwendeten Komponenten auf das jeweilige Fahrzeugkonzept hin optimiert werden können.

Unterschiedliche Konzepte der OEM

Fahrzeughersteller operieren mit relativ geringer Fertigungstiefe und konzentrieren sich auf die Body-in-White, die Antriebsfertigung sowie Lackierung und die Endmontage. Bei Fahrzeugen mit alternativen Antrieben sieht es ähnlich aus. So hat zum Beispiel General Motors Ende der 90iger Jahre eine eigene Batteriepackfertigung für sein EV1 Modell aufgebaut. Das Browstown Werk ist heute noch aktiv und stellt Batteriepacks für für den Chevrolet Bolt her. Um die Nachfrage für Batterien neuer elektrifizierter Modelle bedienen zu können, hat Volkswagen kürzlich Pläne vorgestellt, neben einer Batteriepackfertignung in Braunschweig, ein zweites Batteriewerk in Salzgitter bauen zu wollen. Konzernmarke Audi operiert in Gaimersheim.

Obwohl Daimler seine Beteiligung an der Batteriezellenfertigung in Kamenz aufgegeben hat, werden am Standort weiterhin die Batteriepacks für Mercedes und smart Modelle mit alternativen Antrieben gefertigt. BMW hat für seine Batteriepackmontage das Werk Dingolfing ausgerüstet. Neben den genannten Herstellen hat Jaguar / Land Rover Pläne für eine eigene Bateriepackfertigung angekündigt.

Es wird deutlich, dass immer mehr Fahrzeughersteller die Expertiese der Integration des Bateriepacks in das Fahrzeug behalten wollen. Des Weiteren kann durch diese Herangehesweise ein optimales thermales Management der Batterie von vornherein geplant werden.

Während asiatische Fahrzeughersteller vorwiegend komplette Systeme kaufen, kristalisiert sich auch hier ein Trend zur In-House Fertigung des Batteriepacks heraus. Sowohl Hyundai als auch Toyota haben entsprechende Pläne angekündigt.

Batteriepack-Montage wird fester Bestandteil der Produktionskette

Es wird erwartet, dass die Montage des Batteriepacks ein fester Bestandteil der Produktionskette wird. Dennoch werden Batteriekomplettsysteme ihre Bedeutung für den Markt nicht verlieren. Um Komplettsysteme anbieten zu können, haben eine Reihe von traditionellen Zellfertigern entsprechendes Know-How aufgebaut oder zugekauft. So übernahm kürzlich Samsung SDI die Batteriepackfertigung von Magna und stieg durch diese Aquisition zum Systemanbieter auf.

Neben diesen Verschiebungen in der traditionellen Lieferkette für Batterien sehen wir auch neue, disruptive Spieler in den Markt drängen. Zwei solcher Firmen sind Dyson und Webasto die respektive Pläne für ein Elektrofahrzeug und eine Hochvoltbatterie angekündigt haben.

Es ist allerdings nicht die Kapazität der Batteriepackfertigung, welche die Industrie vor Herausforderungen stellt, sondern die nicht ausreichende Kapazität zur Zellfertigung. Aktuell beträgt die weltweite Kapazität zur Fertigung von Batteriezellen ungefähr 93 GWh. Volkswagen machte kürzlich mit dem Statement auf sich aufmerksam ab 2020 ca. 150 GWh jährlich zu benötigen, um die Nachfrage für die geplanten neuen elektrifizierten Modelle bedienen zu können.