Audi setzt auf Hochvolt-Batterien für Elektromobilität
Cleantech & Mobilität News / Ingolstadt. Audi treibt seine Aktivitäten in der Elektromobilität voran und nimmt sein neues Projekthaus Hochvolt-Batterie in Betrieb. In Gaimersheim, ganz in der Nähe des Werkes Ingolstadt, beschäftigen sich mehr als 100 Spezialisten mit den Energiespeichern für elektrische Antriebe und bearbeiten dabei alle wichtigen Aspekte – von der Entwicklung über die Fertigung bis zum Testen der Batteriesysteme.
„Das neue Projekthaus ist für unser Unternehmen ein weiterer großer Schritt in die Elektromobilität“, sagt Michael Dick, Vorstand Technische Entwicklung. „Hier bauen wir mit Blick auf die künftigen Fahrzeugserien wichtige Entwicklungs- und Fertigungskompetenzen bei den Hochvolt-Batterien auf. Zugleich stellen wir sicher, dass sie die hohen Qualitätsanforderungen von Audi erfüllen.“ Neben dem Prototypenbau ist auch eine künftige Kleinserienfertigung vorstellbar, so Dick.
Auf einer Fläche von über 3.500 Quadratmetern umfasst das Projekthaus Hochvolt-Batterie drei große Teilbereiche: das so genannte Batterie-Technikum, ein Prüffeld und einen Bürotrakt mit 84 Arbeitsplätzen. Vor zwei Jahren wurde mit dem Bau begonnen, vor gut einem Jahr waren die ersten Bereiche bezugsreif. Jetzt ist die Einrichtung komplett.
Mehr als 100 Spezialisten arbeiten im neuen Projekthaus eng und flexibel zusammen. Sie stammen aus verschiedenen Audi-Entwicklungsbereichen, aus der Produktion und dem Vorseriencenter. Zwei Doktoranden vom Institut Isea (Institut für Stromrichtertechnik und Elektrische Antriebe) der RWTH Aachen ergänzen das Team. Als wichtiger externer Partner liefert Panasonic die Batteriezellen. Jens Koetz, Leiter Vernetzung und Energiesysteme, sagt: „Die intensive Zusammenarbeit zwischen den Fachbereichen ist eine große Stärke unseres Ansatzes. Sie führt zu intelligenten Lösungen.“
Keine Kompromisse – so lautet die Devise bei der Integration der voluminösen Batteriesysteme in das Fahrzeug. Auch bei einem elektrisch angetriebenen Audi, etwa dem R8 e-tron, bleiben die Stärken der Marke wie progessives Design oder sportliches Handling voll gewahrt.
Für diese Ziele diskutieren die Experten der einzelnen Technik-Fraktionen intensiv miteinander – über jeden Millimeter Bauraum und über jedes Hundertstel beim cw-Wert. Audi setzt jedoch schon früher an: beim Aufbau der Batteriesysteme. Die Anforderungen hierbei sind hoch und teilweise widersprüchlich.
Das Batteriesystem eines Elektroautos muss leicht und kompakt sein und dabei möglichst viel Energie bereitstellen. Es muss etwa zehn Jahre, Tausende von Ladevorgängen und rund 160.000 Kilometer Fahrleistung überstehen, ohne nennenswert an Leistungsfähigkeit zu verlieren. Unabhängig von der Außentemperatur muss es stets im geeigneten Temperaturbereich – etwa 25 bis 45 Grad Celsius – bleiben, was eine aufwändige Kühlung erfordert. Bei alledem besitzen Robustheit und Sicherheit höchste Priorität.
Audi arbeitet im Projekthaus Hochvolt-Batterie an einer Lösung, die alle Aufgaben ausgewogen erfüllt, ohne eine von ihnen zu vernachlässigen. „Dafür benötigen wir in allen wesentlichen Aspekten Kompetenzen in den eigenen Reihen“, sagt Ivo Muth, Leiter Elektrik/Elektronik Produktion: „Wir wollen alles, was das Fahrzeug bewegt, als Eigenleistung erbringen können. Im elektromobilen Zeitalter steht die Hochvolt-Batterie im Fokus.“
Im Batterie-Technikum wurden bislang schon zirka 70 Akkus für den Audi A1 e-tron und den Audi R8 e-tron aufgebaut. Derzeit entstehen – teilweise von Hand – Prototypen für Fahrzeuge wie den Audi A6 L e-tron concept, den das Unternehmen jüngst auf der Auto Show in Beijing präsentiert hat
Eine der Anlagen im Batterie-Technikum überprüft die prismatischen Flachzellen. Eine weitere presst sie zu Zellmodulen zusammen. Diese bestehen aus unterschiedlich vielen Zellen, die durch Trennelemente voneinander isoliert werden.
Beim nächsten Schritt, der elektrischen Kontaktierung, werden die einzelnen Zellen der Zellmodule miteinander verbunden. Dabei werden durch optimierte Montageprozesse hervorragende Werte bezüglich des Übergangswiderstands erzielt. Parallel werden auch stoffschlüssige Verbindungstechniken untersucht.
Die Spannungslage überschreitet am Ende dieses Prozessschritts die für Personen ungefährliche Grenze von 60 Volt. Daher verfügen alle Mitarbeiter über entsprechende Qualifikationen. Ihr Arbeitsbereich ist zudem vom Rest der Halle abgetrennt. In der 48 kWh-Batterie des R8 e-tron werden die Zellmodule in mehreren Lagen übereinander montiert. Abschließend versehen die Mitarbeiter die Einheiten noch mit Diagnose-Leitungen.
Der vorletzte Arbeitsschritt ist die Endmontage. Die Batteriesysteme erhalten dabei ihr Gehäuse – aus Kohlenstofffaser-verstärktem Kunststoff. Nach der Initialisierung absolviert jede Batterie noch einen umfassenden Testzyklus in der am Ende stehenden Testanlage.
Neben dem Batterie-Technikum liegt das Prüffeld. Hier testen die Entwickler die Batterien in verschiedenen Entwicklungsständen – als Zellen, als Module und als komplette Einheiten. Als Prüfstände dienen Kammern unterschiedlicher Größe, die sich auf Temperaturen in einem Bereich von – 40 bis + 80 Grad Celsius einstellen lassen. Einige erzeugen zusätzlich extreme Luftfeuchtigkeit. Die drei größten Prüfstände sind in separaten Containern untergebracht. Mit ihren 6.000 Liter Volumen können sie auch die mächtigen Batterien des Audi R8 e-tron aufnehmen. Ihre elektrischen Anlagen leisten in Summe 1 Megawatt.
Die Prüfstandsläufe simulieren den späteren Betrieb im Fahrzeug. Manche führen über mehrere Stunden, andere über einige Monate. Die Bauteile werden mit Gleichstrom be- und entladen, der über einen Gleichrichter aus dem Stromnetz des Gebäudes kommt. Dabei zeichnen Messfühler alle wichtigen Daten auf – etwa Temperatur, Kapazität, Innenwiderstand, Spannung und Stromstärke – und senden sie an den Leitstand.
Weitere Anlagen ergänzen das Prüffeld. Der sogenannte „Shaker“ ist eine Klimakammer, in der Module bis 50 Kilogramm Gewicht gerüttelt und geschüttelt werden. Spezielle Prüfstände dienen zum Testen der Stromwandler im Fahrzeug und des Kühlsystems. Im Labor schließlich bereiten Spezialisten einzelne Batterieproben für Analysen vor. Diese erfolgen außerhalb des Projekthauses mithilfe von Gas- und Ionen-Chromatographen und Raster-Elektronenmikroskopen.