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SYSTEME, KOMPONENTEN UND TECHNOLOGIEN
FÜR HYBRID- UND ELEKTROFAHRZEUGE 03 2021
BATTERIE
Nachhaltiger und langlebiger:
NMX-Batteriezellen ohne Kobalt
LADETECHNIK
High-Level-Kommunikation:
ISO 15118 – Die Zukunft des Ladens
SMARTE WALLBOX
ADDITIV GEFERTIGTWir treiben die E-Volution voran!
Störungsfrei. Seit über 35 Jahren.
Seit über 35 Jahren ist Würth Elektronik Partner der Automobilindustrie. Störungsfrei und zuverlässig.
Das macht den Unterschied. Automotive-Bauelemente nach AEC-Q200, PPAP Level 3 und IATS 16949
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Manager vor Ort unterstützen sie dabei in Landessprache.
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WE-CBA WE-MPSA WE-AEFA WE-TEFAemobility tec 03/2021
editorial
von Redakteurin Dr.-Ing. Nicole Ahner
Schwierige Prognosen
Anfang August 2021 veröffentlich- werden. Außerdem besteht großes
ten Forscher der Universität Münster Vertrauen in ein stabileres Wachs-
den Artikel „Battery cost forecasting: tum des Batteriemarktes. Gerade bei Professionell und zuverlässig.
a review of methods and results with Prognosen basierend auf Experten- Mit unseren Prüfberichten bringen
an outlook to 2050”, der mir schwer zu befragungen muss man im Hinter- Sie Ihre Produkte schnell und sicher
denken gab – auch was das Material kopf behalten, dass diese auch Mei-
auf die Straße.
meiner eigenen Recherchen angeht. nungen und Zweifel bezüglich grund-
Sie befassten sich mit 53 wissen- legender neuer Batterietechnologien
schaftlichen Studien zur Vorhersage enthalten können. Außerdem hat sich
Akkreditiertes und unabhängiges
von Batteriekosten und kamen dabei gezeigt: Es gibt einen großen Mangel Prüf- und Zertifizierungsinstitut.
zu dem Schluss: So etwas wie „die” an Experten mit ausreichend Wissen
Batteriekosten gibt es nicht. Die Stu- über Prozessverbesserungen. ;Batterie | Hochvolt
dien basieren auf technologischem ;Technischer Dienst KBA
Lernen, literaturbasierten Projek- Es besteht eine große Unsicherheit ;EMV
tionen und Expertenbefragungen, bei den prognostizierten Werten auf ;Umweltsimulation
um die Preisentwicklung zeitlich zu zeitlicher und technologischer Ebe- ;Funk
betrachten, sowie auf Bottom-up- ne – eine große Herausforderung für ;elektrische Sicherheit
Modellierung, um technologiespezi- Forscher und Unternehmen. Denn es
;weltweite Zulassungen
fische Voraussagen treffen zu können. ist eben nicht so einfach, eine für die
;Seminare
eigenen Bedürfnisse geeignete Studie
Zeitlich betrachtet sollen die Kosten zu identifizieren. Aber der genannte
bei Lithium-Ionen-Batterien konti- Artikel gibt einen guten Navigator an Bei den nächst
en Tests
nuierlich sinken, selbst wenn stei- die Hand, damit man sich im Dschun-
unbedingt anfr
gende Rohstoffpreise berücksichtigt gel der Prognosen nicht verirrt. ∕∕ agen!
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nix-testlab.de
Die Betriebssystem-
Architektur entscheidet:
Multikernel-RTOS für
E-Autos.
eSOL, Seite 44
www.phoenix-testlab.de4 September 2021 emobility tec 03/2021
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SYSTEME, KOMPONENTEN UND TECHNOLOGIEN
FÜR HYBRID- UND ELEKTROFAHRZEUGE 03 2021
BATTERIE
Nachhaltiger und langlebiger:
NMX-Batteriezellen ohne Kobalt
LADETECHNIK
High-Level-Kommunikation:
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SMARTE WALLBOX
ADDITIV GEFERTIGT
inhalt 03.2021 Titelmotiv gesponsert
von Pöppelmann
12
MÄRKTE & TECHNOLOGIEN 19 Erste Natrium-Ionen-Batterie für EVs Wegweisende Erweiterungen dieses
CATL hat eine Natrium-Ionen-Batterie für Standards stehen nun mit der ISO-Norm
die E-Mobilität vorgestellt, die sich mit 15118-20 kurz vor der Freigabe.
06 Meldungen
einer Lithium-Ionen-Batterie in einem
Nachrichten aus der Welt der 32 Die Zukunft der E-Auto-Ladesäule
Pack integrieren lässt.
Elektromobilität Schlüsselfaktor für die Massenakzeptanz
20 Passive Komponenten aus einer Hand der E-Mobilität ist die Ladeinfrastruk-
10 IAA Mobility 2021
Auch passive Bauteile für die E-Mobilität tur einschließlich ihrer intelligenten
Die IAA war einmal eine Pkw-Schau auf Funktionen – und dafür sind adäquate
müssen nicht nur einfach montierbar,
einem abgegrenzten Messegelände. Was Testlösungen erforderlich.
sondern auch schock- und vibrationsre-
ist neu auf der IAA Mobility 2021? Eine
sistent sein und teils hohe Temperaturen
Vorschau im Kontext der E-Mobilität. 36 Update für die Ladeinfrastruktur
bis +180 °C vertragen können.
Ladepunkte müssen dort verfügbar sein,
24 Batteriemanagement im E-Auto wo sie benötigt werden – zum Beispiel
Soll ein leistungsfähiges Batteriema- auf dem Parkplatz eines Krankenhauses.
nagement-System (BMS) leitungsgebun- Doch wie lässt sich bereits vorhandene
COVERSTORY Infrastruktur auf den aktuellsten Stand
den oder wireless ausgelegt werden?
der Technik bringen?
12 Schnell zur smarten Wallbox mit
Rapid Prototyping 38 Autonome Laderoboter
Zur Realisierung einer optisch und funk- Autonome Laderoboter, die selbststän-
tional ansprechenden Wallbox müssen LADEN dig zum E-Fahrzeug finden, sollen vor
Hersteller schnell verfügbare Muster allem den Komfort für den Anwender
aus der additiven Fertigung erhalten, erhöhen. Kein Handling von Steckern
um früh einen Eindruck von Haptik und
28 ISO 15118 - Die Zukunft des Ladens
und Kabeln, keine Suche nach einer
Eine zentrale Rolle beim Laden spielt
Festigkeit gewinnen zu können. freien Ladestation und vor allem auch:
das Smart Charging gemäß ISO 15118.
kein Blockieren dieser für andere Nutzer,
wenn die Batterie voll geladen ist.
BATTERIEN + KOMPONENTEN
16 NMX-Batteriezellen ohne Kobalt
Ein speziell entwickeltes Kathodenmate-
rial und der Verzicht auf Kobalt machen
Trend
die neuartigen NMX-Batteriezellen nach-
haltiger und langlebiger als herkömm- 38 Autonome Laderoboter
liche Hochnickelbatterien. Den Anwendern versprechen autonome
Laderoboter mehr Komfort. Die Redaktion
vergleicht vier solcher Konzepte und zieht
ein Fazit aus Ingenieurs-Sicht.emobility tec 03/2021
Anwendungsspezifische Kühllösungen
für den Bereich Elektromobilität
16 28
Ҋ Leistungsstark, effizient und zuverlässig
Ҋ Flüssigkeitskühlkörper, Extrudierte Kühlkörper,
Kühlkörper mit hoher Rippendichte, Heatpipes
Ҋ Kühllösungen für Batteriemanagementsysteme,
BAUELEMENTE On-Board Charger, Gleichspannungswandler,
Wechselrichter, Steuergeräte und Batteriemodule
40 MCU mit xEV-Funktionsunterstützung Ҋ Kühlung der Elektronik in Ladesäulen und Wallboxen
PHEV und FHEV haben eine hohe Kom-
plexität aus Sicht der kooperativen Re-
gelungsstrategie von Elektromotor und
Verbrennungsmotor – sowohl bei der
Elektromechanik als auch bei der Elektronik.
Durch den Einsatz eines Mikrocontrollers mit
integrierten xEV-Funktionen lässt sich die
Komplexität der Regelung deutlich senken.
SOF T WARE
44 Betriebssystemarchitektur für E-Autos
Mit zunehmender Verbreitung von Elektro-
fahrzeugen müssen sich Entwickler von Fak-
toren verabschieden, die beim Design von
Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor üblich
waren. Dafür sind erhebliche Änderungen an
der Hard- und Software erforderlich.
RUBRIKEN
03 Editorial
Schwierige Prognosen
48 Neue Produkte
50 Impressum
50 Verzeichnisse
Inserenten-/Personen-/Unternehmens-
verzeichnis
www.ctx.eu · info@ctx.eu6 Märkte + Technologien News emobility tec 03/2021
Märkte + Technologien
RÜCKVERLAGERUNG VON LIEFERK ET TEN UND PRODUK TIONSANLAGEN quellen zu schaffen, ist insbesondere
durch die wirtschaftlichen Schwierigkei-
Deutsche Batterieindustrie ten aufgrund der Covid-19-Pandemie ver-
stärkt worden. Den Befragten ist hier vor
allem daran gelegen, die eigene Versor-
Laut einer Studie ist die Rückverlagerung von Lieferketten und Produktionsan- gung mit Rohstoffen und Bauteilen abzu-
lagen in die eigene Region entscheidend, um Deutschland als führend im Bereich sichern und zugleich eine kürzere Markt-
der Batterieproduktion zu etablieren. 73 Prozent der befragten Unternehmen einführungszeit zu erreichen.
gaben an, in den nächsten zwölf Monaten entsprechend zu reagieren. So stimmen etwa 60 Prozent der deut-
schen Führungskräfte zu, dass sie die
Produktion von Komponenten an spe-
zialisierte Hersteller auslagern oder dies
innerhalb der nächsten 12 Monate pla-
nen. Darüber hinaus geben 73 Prozent
an, die Einführung eines neuen Batterie-
produkts oder Speichersystems im kom-
menden Jahr vorzubereiten. „Da derzeit
nur sechs Prozent der weltweiten Batte-
rieproduktion in Europa stattfindet, sind
wir noch immer stark von Batteriezellen-
importen abhängig. Aufgrund der rapi-
de steigenden Nachfrage an Elektrofahr-
zeugen muss man sich darüber im Klaren
Bild: Protolabs
sein, dass grundlegende Änderungen der
Lieferketten und Entwicklungsstandor-
te notwendig sind“, erklärt Björn Klaas,
Neben der Rückverlagerung ist labs in Auftrag gegebenen Befragung Vizepräsident und Geschäftsführer von
auch die Reduktion des eigenen unter leitenden Angestellten der euro- Protolabs Europe. „Der Wunsch Deutsch-
ökologischen Fußabdrucks ein entschei- päischen Batterieindustrie aus Ländern lands, eine Spitzenposition im Rennen
dender Faktor für diese neue strategische wie Deutschland, Frankreich und Groß- um die Elektrifizierung einzunehmen, ist
Ausrichtung. Diese Erkenntnis ist eine britannien. Der Wunsch, die eigene Lie- klar erkennbar. Außerordentlich erfreu-
der zentralen Botschaften der aktuellen ferkette wieder besser unter eigene Kon- lich ist die Entschlossenheit, die inländi-
Studie Electric Times, einer von Proto- trolle zu bringen und lokalere Bezugs- schen Lieferketten zu stärken.“ ∕∕
Quantenbasierte Sensorlösung
Batterien von Elektroautos schneller laden
Turck duotec, Quantum Technologies UG und Der erforderliche Messbereich reicht vom Mikro-
Elmos Semiconductor forschen gemeinsam mit ampere-Bereich bis zu über 1000 A. Das Ra-
der FH Münster und der Universität Leipzig an ei- QueEl-Projekt beschäftigt sich mit der Erfor-
ner quantenbasierten Sensorlösung für ein effi- schung eines neuartigen Stromsensors, der sich
Bild: Adobe Stock
zientes Batteriemanagement in der Elektromo- quantenphysikalischer Effekte bedient. Damit
bilität. Das Forschungsprojekt RaQuEI wird vom eröffnet sich eine völlig neue Dimension der
Bundesministerium für Bildung und Forschung, Messtechnik – insbesondere hinsichtlich Genau-
vertreten durch den VDI/VDE, mit 4,4 Millionen igkeit und Geschwindigkeit bei gleichzeitig ho- und Alterungszustand der Batterie. Entschei-
Euro unterstützt. Es verfolgt die Entwicklung her Isolation. Selbst niedrige elektrische Ströme dend sind auch die Einfachheit des Einbaus und
neuartiger Stromsensoren für E-Autos, aber auch lassen sich zuverlässig und schnell messen und die galvanische Trennung des Quantensensors
für die Energie- und Medizintechnik. geben zu jeder Zeit Auskunft über den Lade- von den stromführenden Bauteilen.emobility tec 03/2021 Märkte + Technologien News 7
Der E-Bus Karsan Atak Electric hat600 km auf
der Strecke zwischen Barcelona und Madrid bewältigt.
126.000 BEVs und 104.000
PHEVs
wurden laut JATO Dynamics allein im Juni 2021 in Europa neu zu-
14 Stunden dauerte die Fahrt, auf der der Elektrobus ins- gelassen. Das sind 18,5 Prozent aller Neuzulassungen des Monats.
Im Vergleich: 2020 waren es noch 8,2 Prozent. Das am häufigsten
gesamt dreimal wiederaufgeladen wurde. Organisiert wurde die
zugelassene Fahrzeug war der VW Golf (27.247), gefolgt vom Tesla
Fahrt von Ladelösungsanbieter Circontrol und dem türkischen
Model 3 (25.697).
Bushersteller Karsan.
LG und Magna kooperieren JV von Porsche und Customcells Sichere Li-Ionen-Batterien
Joint Venture für E-Antriebssysteme Cellforce entwickelt E-Auto-Batterien svt Products und TÜV kooperieren
Bild: TÜV Rheinland ACT
Bild: LG Magna
Bild: Porsche
LG Electronics und Magna International haben Die Cellforce Group, ein Joint Venture von Por- Ab sofort testen svt Products und TÜV Rhein-
eine Transaktionsvereinbarung unterzeichnet sche und Customcells Itzehoe, hat BASF als ex- land ACT die Sicherheit von Lithium-Ionen-Bat-
und damit ein Joint Venture zwischen beiden klusiven Zellentwicklungspartner für Lithium- terien für E-Autos gemeinsam. Im TÜV-Batterie-
Unternehmen gegründet. Das neue Unterneh- Ionen-Batterien der nächsten Generation aus- Testzentrum in Aachen werden Brandschutz-
men trägt den Namen LG Magna e-Powertrain. gewählt. Im Rahmen der Zusammenarbeit stellt Tests etabliert. Svt entwickelt Brandschutzkom-
Das Joint-Venture-Unternehmen wird E-Moto- BASF hochenergetische HED-NCM-Kathoden- ponenten für Batteriespeichersysteme und tes-
ren, Inverter und Onboard-Ladegeräte sowie materialien für Batteriezellen bereit. Die Cell- tet diese gemäß den jeweiligen Normen. Im
damit verbundene E-Antriebssysteme herstel- force Group wird die Hochleistungsbatterien Testzentrum ist es zudem möglich, ein Batterie-
len. Diese Antriebsstrangkomponenten sollen herstellen. Dabei soll die Produktionsanlage system kontrolliert zu einem Thermal Runaway
Automobilherstellern ein skalierbares Portfolio 2024 mit einer Anfangskapazität von mindes- zu bringen und so die Wirksamkeit der erarbei-
bieten. tens 100 MWh pro Jahr in Betrieb gehen. teten Sicherheitskonzepte zu überprüfen.8 Märkte + Technologien News emobility tec 03/2021
DEUTSCHLAND MIT DREI UNTERNEHMEN IN DEN TOP 10
Top 100 der Zulieferer 2020
Bild: Eberspächer
Beim Ranking der Top 100 Automobil-Zulieferer von Berylls Strategy Advisors
fällt auf, dass Sondereffekte das Jahr 2020 in der Automobilindustrie geprägt
haben – nicht nur Corona drückte dem vergangenen Jahr einen Stempel auf. Die
Bild: Wikimedia, Teknisk Kompetanse
meisten der Top 100 Unternehmen verzeichnen spürbare Umsatzrückgänge.
Wasserstoff und Brennstoffzelle:
Eberspächer erwirbt Victori
Eberspächer hat das US-amerikanische Un-
ternehmen Victori (am Markt bekannt als
Vairex Air Systems) übernommen. Damit will
sich der Zulieferer am Wasserstoff- und
Brennstoffzellen-Markt stärker positionie-
ren. Mit der Übernahme von Victori bietet
Bild: adimas, Adobe Stock
Eberspächer nun auch Luftversorgungs-
Komponenten für Brennstoffzellen-Systeme
an. Der Zulieferer investiere ganz bewusst in
einen Zukunftsmarkt und will mit der Was-
serstoff- und Brennstoffzellen-Technologie
Erstmals seit der Wirtschaftskrise folgt Bridgestone, auf Platz 8 Michelin, auf zielgerichtet wachsen, begründet der Ge-
im Jahr 2009 müssen sich die meis- Platz 7 Hyundai Mobis, auf Platz 6 Aisin, schäftsführende Gesellschafter Martin Pe-
ters die Investition.
ten der Top 100 Unternehmen nicht etwa auf Platz 5 Magna, auf Platz 4 ZF, auf Platz
um ein schwaches Wachstum sorgen, 3 Continental, auf Platz 2 Denso und im
sondern um spürbare Umsatzrückgän- sechsten Jahr in Folge auf Platz 1 Bosch.
AKKA wird Kernmitglied der
ge: Lediglich acht Unternehmen konn- Bereits im zehnten Jahr in Folge hat Berylls
Charging Interface Initiative
ten ihre Umsätze im Vergleich zum Vor- Strategy Advisors die 100 weltweit größten AKKA Technologies ist dem Verein Charging
Interface Initiative (Charin) als Kernmitglied
jahr steigern. Außerdem schafft die Elek- Automobilzulieferer im Rahmen der Top
beigetreten. Der Technologiedienstleister
tromobilität neue Herausforderungen, 100-Zuliefererstudie untersucht. Dabei gab will mit den Partnern des Vereins die Ent-
die die Industrie in bisher ungekanntem es über die vergangenen zehn Jahre eine wicklung von Ladetechnologien für die
Ausmaß verändern werden. Besonders interessante Entwicklung: Die Einstiegs- E-Mobilität vorantreiben. Charin verfolgt das
die chinesischen Zulieferer stechen her- hürde, um in das Feld der 100 größten Ziel, das Combined Charging System (CCS)
im Bereich der Elektromobilität weiterzuent-
aus; eine Entwicklung, die sich bereits in Zulieferer zu gelangen, stieg von 1,6 Milli- wickeln und als globalen Ladestandard zu
den vergangenen Jahren angebahnt hat. arden Euro Umsatz um fast 50 Prozent auf fördern. CCS ist ein ganzheitlicher Ansatz
So belegt der Motorenspezialist Weichai 2,3 Milliarden Euro. Mit Gesamtumsätzen und bietet eine Lösung für verschiedene An-
Power mit Platz 10 die beste Platzierung, von knapp 800 Milliarden Euro liegen die wendungsfälle des Ladens von Fahrzeugen:
von AC bis DC in verschiedenen Leistungs-
die je ein chinesisches Unternehmen seit Top 100 immer noch 20 Prozent unter dem
klassen, konduktives Laden sowie automati-
Beginn der Studie erreicht hat. Auf Platz 9 Niveau von vor zehn Jahren. ∕∕ siertes und kontaktloses Laden.
Industrielle Batteriefertigung
Mercedes-Benz und Grob kooperieren
Für die industrielle Fertigung der künftigen seine Werke zur Antriebsfertigung für Nutzfahr-
Batteriegenerationen intensiviert Mercedes- zeuge verkündet. Insbesondere für Pkw geht
Benz die Zusammenarbeit mit dem Anlagen- das Unternehmen den strategischen Schritt von
und Werkzeugmaschinenexperten Grob. Zur „Electric first“ zu „Electric only“, was so viel be-
Elektro-Offensive von Mercedes-Benz zählen deutet, dass ab 2025 alle neuen Fahrzeugarchi-
Bild: Daimler
künftig neun Batteriefabriken auf drei Konti- tekturen ausschließlich elektrisch sein werden.
nenten, die den globalen Batterie-Produktions- Um noch vor Ende des Jahrzehnts vollelektrisch
verbund des Autoherstellers bilden. Der OEM zu werden, bedarf es dem OEM zufolge einer gen Partner Grob-Werke. Grob, fertigt Batterie-
hat in den vergangenen Tagen seine Transfor- Vertiefung der industriellen Fertigung künftiger produktions- und Automatisierungssysteme.
mationspläne für die kommenden Jahre sowohl Batteriegenerationen. Dazu zählt die Intensivie- Erst im Frühjahr stellte das Unternehmen sein
im Hinblick auf sein Pkw-Geschäft wie auch für rung der Zusammenarbeit mit dem langjähri- weiterentwickeltes Portfolio vor.emobility tec 03/2021
Mehr Power am Berg Forschungsprojekt von IAV und MIT
Stufenloses CVT-Getriebe von Bosch Welche Antriebsart für schwere Nfz?
Bild: Bosch
Bild: IAV
Damit E-Autos auch mehr Power am Berg, bei IAV und das MIT untersuchen gemeinsam die
hoher Gewichtsbelastung oder bei Langstre- Eignung verschiedener Antriebsarten in schwe-
cken haben, hat Bosch in einem Testfahrzeug ren Nutzfahrzeugen für den europäischen und
ein mehrstufiges Getriebe getestet. Das CVT4EV amerikanischen Verkehr. In diesem Forschungs-
(Continuously Variable Transmission) soll die vorhaben untersuchen IAV und MIT unterschied-
Effizienz um bis zu vier Prozent steigern. Dies liche Antriebsarten: Elektroantrieb, Erdgas-Mo-
hat Bosch mit einem Testfahrzeug, das mit ei- tor, Wasserstoffverbrennung und Brennstoffzel-
nem stufenlosen Automatikgetriebe mit Schub- lenantrieb. Ziel ist, das passende Antriebskon-
gliederband ausgestattet ist, gezeigt. Je nach zept gemäß der jeweiligen Einsatzzwecke und Großes Angebot an
Auslegung sorgte es für mehr Drehmoment im Anforderungen auf amerikanischen wie europäi- kurzfristig verfüg-
Zugbetrieb, eine bessere Beschleunigung oder schen Straßen zu ermitteln – und damit den
baren Mietgeräten!
eine höhere Endgeschwindigkeit. „Das CVT4EV CO2-Footprint im Schwerlastverkehr so stark wie
erweitert die Einsatzmöglichkeiten von Elektro- möglich zu vermindern. Die ersten Ergebnisse
fahrzeugen“, sagt Gert-Jan van Spijk, der verant- des Forschungsprojekts sollen in der zweiten
wortliche Entwicklungsleiter für CVT-Getriebe Jahreshälfte 2021 der Öffentlichkeit vorgestellt
bei Bosch. Gleichzeitig bleibt der hohe Fahr- werden, der Abschlussbericht soll 2022 erschei-
komfort von E-Fahrzeugen erhalten, da das Ge- nen. IAV bringt seine Expertise aus internen For-
triebe die Übersetzung stufenlos ohne Zug- schungsprojekten und experimentellen Untersu- Ihr Partner für AC&DC
kraftunterbrechung anpasst. Die stufenlose chungen an Forschungsmotoren zu realen Ver-
Übersetzung des CVT4EV sorgt für ein stets op- bräuchen, Motor- und Emissionsverhalten ein. Stromversorgungen und
timales Verhältnis von Effizienz und Leistung. Das MIT steuert Informationen und Know-how Lasten sowie elektronische
Hierfür kann das System Drehzahl und Drehmo- zu spezifischen Anwendungsfällen in den USA,
ment des Elektromotors frei steuern. Bei gerin- Fahrzyklen und Fahrzeugen bei. Von den Ergeb- Mess- und Prüftechnik
ger Geschwindigkeit verbessert eine kleinere nissen sollen insbesondere Unternehmen im Be-
Übersetzung das Beschleunigungsvermögen reich der Wasserstoffmobilität profitieren, allen
Unsere Produkte:
sowie die Fahreigenschaften am Berg, während voran europäische wie US-amerikanische Nfz-
eine größere Übersetzung bei höherem Tempo und Komponentenhersteller von Brennstoffzel- » Regenerative AC&DC-Quellen und
Effizienz und Höchstgeschwindigkeit steigert. len, Injektoren oder Tanksystemen. Lasten
» Bidirektionale Stromversorgungen
STM-Werk in Norrköping MOSFETs, IGBTs, Verbundhalbleiter » Batterietestsysteme
Erste 200-mm-SiC-Wafer hergestellt Nexperia erwirbt Newport Wafer Fab » Normtestsysteme für Oberwellen
und Flicker
» Leistungsmessgeräte
» NEU: HV-Prüfgeräte und
elektrische Sicherheitstester
Bild: STMicroelectronics
Unsere Leistungen:
Bild: Nexperia
» Technische Beratung
STMicroelectronics hat in seinem Werk in Norr- Nexperia hat die Übernahme der Newport Wa- » Service und Kalibrierdienst
köping (Schweden) die Produktion der ersten fer Fab (NWF) abgeschlossen und sich dadurch
SiC-Wafer mit einem Substratdurchmesser von neue Wachstumsmöglichkeiten eröffnet sowie » Systemintegration und kunden-
200 mm bekanntgegeben. Diese sollen für das seine globale Produktionskapazität erhöht. spezifische Ausführungen
Prototyping einer neuen Generation von Leis- Durch die Übernahme ist Nexperia 100-prozen-
tungselektronik-Bauelementen für Automotive- tiger Eigentümer der Produktionsstätte in
und Industrieanwendungen dienen. Die Wales. Nexperia Newport, wie die Fab künftig
200-mm-SiC-Wafer sollen ein hohes Qualitäts-
niveau mit einem Minimum an Fehlern und Kris-
heißen soll, wird weiterhin eine starke Position
im walisischen Ökosystem und in der Technolo-
Jetzt Produktvorführung
tallversetzungs-Defekten aufweisen. Diese Feh- gieentwicklung einnehmen. Die Halbleiterfab- anfragen!
ler im SiC-Kristall sind die Hauptursache für rik wird sich auf MOSFETs, IGBT, Analog- und
niedrige Ausbeute in der Waferfertigung. Bis Verbundhalbleiterprodukte für die Automobil-
2024 will STM 40 Prozent seiner SiC-Wafer aus industrie konzentrieren. Nexperia war bisher
internen Quellen beziehen. Kunde der Foundry-Services der NWF. www.caltest.de • info@caltest.de
Caltest Instruments GmbH
Binzigstraße 21, D-77876 Kappelrodeck Germany
Tel.: +49 7842 99722-0010 Vorschau E-Mobilität IAA 2021 emobility tec 03/2021
IAA Mobility 2021
Elektromobilität in München
Die IAA Mobility 2021 kommt mit einem ganz neuen Messekonzept, bei dem die Elektromobilität
nicht nur bei den OEMs und Zulieferern an den Ständen zu sehen ist, sondern sich als Grundlage der
Mobilität der Zukunft durch die gesamte Stadt München zieht. emobility tec zeigt die Highlights und
stellt das Konzept vor. Autoren: Dr.-Ing. Nicole Ahner, Alfred Vollmer
K EY WORDS en und Klimaanlage benutzt wird, stammt von Valeo. Schaeffler
wird seine 800-V-SiC-Leistungselektronik inklusive Thermoma-
IAA Mobility / Messekonzept / OEMs / Zulieferer / Produkte / nagement sowie eine 3-in-1-E-Achse vorstellen. Letztere vereint
Komponenten / Laden E-Motor, Getriebe und Leistungselektronik in einem System.
Faurecia wiederum will sein „Know-how bei der Optimierung
Im Vorfeld der Messe gab es auch ob der pandemiebeding- der Systemarchitektur und der Integration von Tanks und Stack-
ten schlechten Planbarkeit nur sehr wenige Vorankündi- Systemen in das Fahrgestell eines leichten Nutzfahrzeugs zeigen”
gungen rund um den elektrischen Antriebsstrang. Valeo erklär- und außerdem die nächste Generation von recycelbaren Wasser-
te, dass „ein deutscher Premium-Automobilhersteller das Flagg- stofftanks vorstellen.
schiff seines elektrobetriebenen Portfolios vorstellen” wird, das Zu den während der Messe vorgestellten Neuheiten gehört der
„vollständig von dem Valeo Siemens eAutomotive System, beste- intelligente Sound-Algorithmus für E-Fahrzeuge von Impulse
hend aus Motoren, Getriebe und Inverter, angetrieben” wird. Audio Lab. Dieser analysiert das individuelle Fahrverhalten, passt
Auch das thermische System des Fahrzeugs, das für die Batteri- den Fahrsound in Echtzeit an und basiert auf integriertem
Die Multi-Location-Messe IAA Mobility 2021
Die IAA Mobility 2021 wird sicher- IAA an verschiedenen nen Raum Münchens“. Auf dem und Open Space wird es eine „Blue
lich sehr anders als all‘ ihre Vorgän- Locations in München Königsplatz, Wittelsbacher Platz, Lane“ geben, die der VDA so be-
ger-Veranstaltungen, die „nur“ den In der Praxis heißt das Folgendes: Odeonsplatz, Max-Joseph-Platz, schreibt: „Mit der Blue Lane Road
Namen „IAA“ (Internationale Auto- In den Messehallen findet der Marienplatz und Marstallplatz so- bieten wir Deutschlands erste Um-
mobil Ausstellung) trugen. Natür- „Summit“ statt, der komplett auf wie in der Residenz „treten im weltspur für Elektro-, Hybrid- und
lich spielt der Wechsel von Frank- die Bedürfnisse der B2B-Besucher Open Space Dialog- und Enter- Wasserstofffahrzeuge sowie emis-
furt nach München eine Rolle, viel- ausgerichtet ist, während der tainment-Formate in den Vorder- sionsfreiem Nahverkehr mit Bus-
leicht auch die gegenüber den „Open Space“ die „Innenstadt grund“ – und zwar „anstelle von sen. Die zwölf Kilometer lange
Vorjahren quasi halbierte Dauer, Münchens in eine Mobility Ex- klassischen Markeninszenierun- Transfer- und Teststrecke ermög-
aber der größte Unterschied ist si- perience für B2C-Besucher ver- gen“. Fester Bestandteil sind da- licht Besuchern, nachhaltige Mobi-
cherlich der offizielle Wechsel weg wandelt“, damit „die innovative bei Probefahrten mit motorisier- lität im Straßenalltag zu erleben.“
von einer Automesse hin zu einer Mobilität von morgen überall ten Fahrzeugen, die zwei, drei Dabei setzt der VDA auf das ge-
Messe über individuelle Mobilität dahin (kommt), wo sie gelebt oder mehr Räder aufweisen. samte Spektrum von der Mikromo-
auf der Erdoberfläche. Das spiegelt werden kann: mitten in den urba- Als Verbindung zwischen Summit bilität über Straßenfahrzeuge und
sich im Messekonzept durch die die U-Bahn bis wahrlich futuristi-
Grafik: VDA/Messe München
Einbindung von People-Movern, schen Verkehrsmitteln, denn auf
When?
Fahrrädern etc. wieder, während September 6-12, B2C Exhibition (Sept 7 from the afternoon) der „Blue Lane Future“ soll auf
Where
gleichzeitig die Elektromobilität Open Space dem Freigelände des Summit nicht
förmlich in den Mittelpunkt ge- > Sites in Munich city center nur ein autonom fahrender Shut-
> B2C-Areas at Munich September 7-12, IAA MOBILITY
stellt wird, was sich im offiziellen exhibition grounds Dialog tle-Bus die Besucher von A nach B
Statement der Messe dann so liest: September 7-12, B2B Exhibition (Open for B2C from Sept 10.2021) chauffieren, sondern es sollen so-
„Die IAA MOBILITY 2021 vom 7. bis Summit gar urbane Flugtaxis zum Einstei-
> Munich exhibition
12. September in München ist Mo- grounds gen bereit stehen. Für die Endkun-
Sept. 6-7 Sept. 8-10 Sept. 10-12
bilität der Zukunft, ist Commit- Press & IAA MOBILITY IAA MOBILITY Dialog (open for den lohnt sich genaues Lesen der
ment zum ständigen Wandel und media days Conference B2C) (Sept 10 from the afternoon) Ticket-Optionen, denn der Besuch
September 2021
eine vereinende Plattform, um zu Sat Sun Mon Tue Wed Thu Fri Sat Sun Mon Tue
des Open Space in der Innenstadt
gestalten. Erfahren Sie mehr über 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 ist kostenlos, während für einen
die Mobilitätsplattform von mor- Besuch des „Open Space Exten-
gen und Ihre Beteiligungsmöglich- Auch das Timing der IAA Mobility 2021 ist erheblich anders als früher bei ded“ auf dem Messegelände eine
keiten.“ der IAA in Frankfurt. Eintrittskarte erforderlich ist.emobility tec 03/2021 Vorschau E-Mobilität IAA 2021 11
maschinellem Lernen. Damit lässt sich der Sound im Fahrzeug Auch bei der Technologie rund um Lasten- und Cargobikes
dynamisch personalisieren und in Sound-Profilen abspeichern. zeigt die IAA Mobility einige Neuheiten: So stellt das Fraunho-
Für OEMs interessant: Die Methode erlaubt die Entwicklung ein- fer-Institut LBF einen Hohlprofilträger aus einer hochfesten Alu-
zigartiger Markensounds. Ebenfalls vor Ort ist Software-Herstel- miniumlegierung vor, der bei Lastenfahrrädern eine Massenre-
ler Twaice, der seine Analytiklösungen für mehr Batterielebens- duzierung um 40 Prozent erlaubt. Ausprobieren lässt sich vor Ort
dauer-, effizienz und -nachhaltigkeit vorstellt. Die Analytiksoft- auch das Elektrolastenrad ONO von Onomotion. Das E-Cargo-
ware hilft sowohl bei der Entwicklung als auch beim Betrieb von bike ist vollständig modular aufgebaut und vereint die Vorteile
Lithium-Ionen-Batterien und optimiert diese anhand eines digi- eines Fahrrades mit der Belastbarkeit und Ladekapazität eines
talen Zwillings. Munich Electrification zeigt auf der IAA Mobili- Kleintransporters.
ty seinen Smart-Battery-Sensor SBS. Dieser adressiert die Not-
wendigkeit, die Systemkomplexität, die Kosten und die Entwick- SCHNELLLADEPARK WIRD ERÖFFNET
lungszeiten zu reduzieren und gleichzeitig die Flexibilität und die EnBW nimmt die IAA Mobility zum Anlass, seinen Schnellladepark
Sicherheit zu erhöhen. Die BMS-Lösung integriert einen Strom- in Unterhaching einzuweihen. Der Flagship-HyperHub mit
sensor und BMS-Kernfunktionen in einem Gehäuse. 20 HPC-Ladepunkten (High Power Charging) auf dem Gelände eines
Webasto zeigt unter anderem in einem Konzeptfahrzeug sei- Supermarkts soll Stadtbewohnern ohne eigene Wallbox eine voll-
ne Vision für die Mobilität der Zukunft. Das Fahrzeug vereint die elektrische Mobilität ermöglichen. Bis zu 400 km Reichweite in
technsichen Lösungen des Zulieferers für die Elektrifizierung, 20 Minuten Ladezeit sollen erreichbar sein, das Ganze zu 100 Pro-
das autonome Fahren und den Innenraumkomfort. Integriert zent mit Ökostrom, auch vom Solardach des Schnellladeparks
sind dabei auch ein intelligentes Leichtbau-Frontmodul, Batte- selbst. ∕∕
rie- und Ladelösungen und ein Thermomanagementsystem.
Auch dabei ist die neue Ladestation Webasto Next, die durch das
eigene Backend ChargeConnect zu einer smarten, effizienten
Autoren
Dr.-Ing. Nicole Ahner
und vernetzten Ladelösung mit digitaler Verwaltung wird. Die
Redakteurin emobility tec
Ladestation richtet sich sowohl an Business- als auch an Privat- Dipl.-Ing. Alfred Vollmer
anwender. Chefredakteur emobility tec
Bild: VDA/Messe München
Auf dem IAA-Messegelände gibt es den Bereich „Summit“ in den Messehallen sowie mit dem „Open Space Extended“ auch einen Außenbereich.12 Coverstory Wallbox emobility tec 03/2021
Wetterbeständig,
flammgeschützt und attraktiv
Schnell zur smarten Wallbox
mit Rapid Prototyping
Die Entwicklung einer Wallbox folgt dem Anspruch, eine attraktive Optik mit hoher Funk-
tionalität und Anwenderfreundlichkeit zu vereinen. Zur Realisierung dessen ist es für den
Hersteller wichtig, schnell verfügbare Muster aus der additiven Fertigung zu erhalten, um
früh einen Eindruck von Haptik und Festigkeit gewinnen zu können. Autorin: Sabrina Krechmann
K EY WORDS
Wallbox / Ladeinfrastruktur / Additive Fertigung / Design / Kon-
struktion / Kunststoffe / Rapid Prototyping
Die Energie- und Mobilitätswende nimmt Fahrt auf. Der muss in der Lage sein, die Designvorgaben umzusetzen – eine
Anteil an E-Fahrzeugen in Deutschland hat sich zum Bei- Aufgabe, die von Pöppelmann K-TECH übernommen wurde.
spiel zwischen 2016 und 2019 vervierfacht. Damit ist auch die Das Unternehmen bietet die Entwicklung und Serienproduktion
Nachfrage nach der entsprechenden Infrastruktur stark gestie- präziser technischer Kunststoffteile an.
gen – also Ladesäulen und Wallboxen. Um eine flächendecken-
de Verfügbarkeit zu erreichen, soll eine staatliche Förderung MACHBARKEITSPRÜFUNG MIT QUICK CHECK
einen Schub verleihen: die KfW-Bank hat im November 2020 Die Pöppelmann-Unternehmensgruppe vereint alle notwendi-
ein Zuschussprogramm aufgelegt, das den Einbau von Lade- gen Schritte der Prozesskette unter einem Dach – vom Design
boxen für Elektrofahrzeuge an privaten Wohngebäuden mit über schnelle Entwicklungstools und den hauseigenen Werk-
jeweils 900 Euro fördert. Solange noch genügend Geld im Topf zeugbau bis hin zur High-end-Serienproduktion. Jedes neue
ist – zur Verfügung gestellt vom Bundesministerium für Verkehr Projekt startet mit dem Quick Check. Dabei wird die Anfrage
und digitale Infrastruktur – läuft die Vergabe weiter. auf die Parameter Material, Konstruktion, Werkzeug und Pro-
Zu den Herstellern der förderfähigen Wallboxen zählt auch zess überprüft. Beim Material-Check spielen zum Beispiel die
innogy eMobility Solutions. Das Unternehmen entwickelt und erforderliche Festigkeit und notwendige Temperaturbeständig-
vertreibt Hardware für das Laden von Elektrofahrzeugen mit keit eine wichtige Rolle.
Gleich- und Wechselstrom sowie digitale Services für die Elek- Die Frage nach der Konstruktion stellt frühzeitig die Weichen
tromobilität. Die Ladehardware lässt sich mit der proprietären in der Funktionalität. Die Ermittlung des optimalen Werkzeugs
Plattform als auch über andere Systeme steuern. Derzeit vernetzt schließt Produktions- und Zykluszeiten mit ein. Bei der Ferti-
die Plattform weltweit 185.000 Ladepunkte von verschiedenen gung nimmt die Automatisierung eine zentrale Stellung ein,
Herstellern in rund 30 Ländern. damit entschieden werden kann, mit welcher Technologie und
unter welchen Vorgaben am besten produziert wird und was die
KUNSTSTOFFEXPERTE GEFRAGT Werkzeuge leisten müssen. Schließlich werden nachgeschaltete
Die Entwicklung der Ladesäulen bei innog y folgte dem Prozesse, z.B. die Montage sowie Sauberkeitsanforderungen und
Anspruch, eine attraktive Optik mit hoher Funktionalität und Qualitätsaspekte, ebenfalls miteinbezogen. Im Falle der Wallbo-
Anwenderfreundlichkeit zu vereinen. Zur Realisierung der xen von innogy lautete die Aufgabe, die anspruchsvollen De-
drei Wallbox-Modelle eBox smart, eBox professional und eBox signvorgaben in eine optimale Konstruktion überzuleiten. Die
touch war das Unternehmen auf der Suche nach einen Partner Boxen werden im Außenbereich installiert. Sie sind Sonnenein-
mit Kompetenz im Bereich der Kunststoffverarbeitung. Dieser strahlung ebenso wie Feuchtigkeit ausgesetzt und müssenemobility tec 03/2021 Coverstory Wallbox 13
Bild: innogy
2
Bild: innogy
Bild 1: Die förderfähigen Wallboxen von inno-
gy entstanden in Zusammenarbeit mit Pöp-
pelmann K-TECH, die die technischen Kunst-
stoffteile entwickelten und in die Fertigung
überführten.
Bild 2: Die Wallboxen müssen Sonneneinstrah-
lung ebenso wie Feuchtigkeit standhalten
und es darf kein Staub eindringen. Für ein an-
1
Bild: innogy
sprechendes Desgin wurde die Oberfläche aus
einem Guss hergestellt.14 Coverstory Wallbox emobility tec 03/2021
Bild 3: Die fertige
Ladebox besteht un-
ter anderem aus der
Dockingstation, der
Montagewanne und
einem Frontdeckel.
Sie lässt sich an der
Wand oder auf einer
Stele montieren.
Bild: Pöppelmann
zudem großen Temperaturunterschieden standhalten. Gleich- mern bei Pöppelmann stellten sicher, dass der Deckel optimal
zeitig wird bei den Ladesäulen und Wallboxen viel Wert auf ein auf der Gehäuseschale sitzt und für eine zuverlässige Abdich-
attraktives Design gelegt. Dazu gehört beispielsweise eine tung sorgt. Zur weiteren Abdichtung der Wallbox bot sich eine
ansprechende Oberfläche aus einem Guss. Lösung aus dem Unternehmensbereich Pöppelmann KAPSTO
Da die Produkte auch für den US-amerikanischen Markt an, das Kappen und Stopfen herstellt, welche empfindliche Bau-
gedacht sind, musste das Material die dort vorgeschriebene teile während der Fertigung, der Lagerung und dem Transport
Flammschutzklasse erfüllen. Bei der Materialauswahl spielten vor Beschädigung oder Verschmutzung schützen. Ein passender
Festigkeit, mechanische Stabilität und Bruchverhalten eine ent- Artikel aus dem Standardsortiment, der Verschlussstopfen GPN
scheidende Rolle. Der schließlich gewählte Kunststoffverbund 300 V112, wird zur Abdichtung der Ladebox gegen die Wand, an
weist im Außeneinsatz eine hohe Beständigkeit auf und zeichnet der sie angebracht ist, eingesetzt.
sich durch sehr gute Flammschutzeigenschaften entsprechend Die fertige Ladebox besteht unter anderem aus der Dockingsta-
der Klasse UL94-V0 aus. tion, der Montagewanne und einem Frontdeckel. Ihre Anbringung
ist flexibel: Sie lässt sich entweder an die Wand montieren oder
RAPID PROTOT YPING auf eine Stele setzen. Die drei Wallbox-Modelle eBox smart, eBox
Die Entwicklungsschritte in der Konstruktion wurde durch die professional und eBox touch eignen sich für sämtliche Fahrzeuge
von Pöppelmann angebotene Dienstleistung Rapid Prototyping mit Typ-2/CCS 2 Anschluss (Europa) oder Typ-1/CCS 1 Anschluss
unterstützt. Dafür wurden zunächst aus den Entwürfen die ent- (USA). Die smarten Ladeboxen lassen sich über eine App steuern
sprechenden CAD-Modelle entwickelt. In der additiven Ferti- und bieten dem Anwender viele nützliche Features und Funktio-
gung wurden dann innerhalb kurzer Zeit Kleinserien aus unter- nen, z. B. Informationen zum Stromverbrauch. Einige wenige
schiedlichsten Materialien produziert. Dabei greift das Unter- Funktionsteile, wie z. B. die Steckdose, die Platine und der Licht-
nehmen auf viele verschiedene Verfahren und Nacharbeits- ring, stammen von anderen Lieferanten. Zur Endmontage gehen
schritte zurück. Dies hat den großen Vorteil, dass der Herstel- die Bauteile für die Wallboxen an einen weiteren Partner.
ler sehr schnell einen Eindruck vom jeweiligen Bauteil erhalten
konnte. Da für die Prototypen ein Material verwendet wurde, das FAZIT
annähernd dem für die Serienfertigung vorgesehenen Material Das Rapid Prototyping ermöglicht es Herstellern von Ladesäulen
entsprach, ließen sich Haptik und Festigkeit schnell beurteilen. und Wallboxen, schnell materialtechnisch stark an die Serien-
So wurden die Entwürfe immer weiter optimiert und gelangten fertigung angelehnte Muster für alle benötigten Kunststoff-
in mehreren Schritten zur finalen Konstruktion. teile zu erhalten. Auf dieser Basis gelangen Entwürfe schneller
Hier stellte vor allem der Deckel des Gehäuses die Konstruk- in die finale Konstruktion. Das Ergebnis sind Wallboxen für den
teure vor die Aufgabe, hohe Anforderungen an Passgenauigkeit Außeneinsatz, die wetterfest und flammgeschützt sind – und
und Dichtigkeit zu erfüllen, da die Ladeboxen oftmals unge- dabei noch gut aussehen. (na) //
schützt im Freien angebracht sind und keine Feuchtigkeit und
kein Staub eindringen darf. Die Abdeckung wird in einem mehr-
Autorin
stufigen Spritzgussprozess aus vier verschiedenen Kunststoff- Sabrina Krechmann
komponenten gefertigt. Verschiedene Tests in Dichtigkeitskam- Marketingbeauftragte bei Pöppelmann K-TECHJetzt
anmelden
16. September 2021
Online-Event
Rubber & Mobility Summit 2021 – Es sprechen unter anderem:
Mobilität innovativ und nachhaltig
gestalten Axel Weimann
Regional Director Automotive
• Mobilität im Wandel: Neue Anforderungen und Europe & Director Global Segment
Produkte in der E-Mobility Automotive, Trucks & Transportation
• Kautschuk, Silikon und TPE in der Elektromobilität Trelleborg Sealing Solutions
• Nachhaltigkeit und Mobilität
Stephan Rau
Kautschuk und Elastomere in Technischer Geschäftsführer
modernen Mobilitätslösungen wdk Wirtschaftsverband der
deutschen Kautschukindustrie e. V.
Die Automobilindustrie hat mit großen Schritten die
Entwicklung von Fahrzeugen und Konzepten für eine
CO2-sparende Mobilität in Angriff genommen. Fahrzeuge
mit Hybridtechnologien sind inzwischen in großer
Prof. Dr. Ulrich Giese
Zahl im Markt und ihr Anteil wird weiter steigen. Im
Vorstand und Geschäftsführer
Antriebsmix werden sich daneben batteriebetriebene Deutsches Institut für
Fahrzeuge als stark wachsende Lösung etablieren. Für Kautschuktechnologie e. V.
größere Lasten und Reichweiten sind mit Wasserstoff
betriebene Brennstoffzellen-Fahrzeuge in der
Entwicklung bereits weit fortgeschritten.
Alle neuen Technologien in den verschiedensten Dr. Matthias Soddemann
Mobilitätskonzepten erfordern weiterhin Bauteile und Vice President
Komponenten aus Kautschuk, Silikon und TPE. Doch Advanced Technologies
eine Kernfrage der Zulieferer ist: Wohin geht die Reise Dätwyler
und welche Produkte und Anforderungen sind für
neue Fahrzeuge und Antriebe gefragt?
Auf dem Rubber & Mobility Summit 2021 gehen wir
dieser Frage nach und lassen führende Experten aus der Veranstalter: Medienpartner:
Automobil- und der elastomerverarbeitenden Zuliefer-
industrie zu Wort kommen. Wir geben Einblicke in
aktuelle Entwicklungen und Ausblicke für neue Produkte.
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www.rubber-mobility-summit.com16 Batterien + Komponenten Kobaltfreie Batterien emobility tec 03/2021
Bild: petovarga – stock.adboe.com
Nachhaltiger und langlebiger
NMX-Batteriezellen ohne Kobalt
Ein speziell entwickeltes Kathodenmaterial und der Verzicht auf Kobalt machen die neuartigen
NMX-Batteriezellen nachhaltiger und langlebiger als herkömmliche Hochnickelbatterien. Sie eignen
sich besonders gut für den Einsatz in E-Autos im breiten Mittelklasse- und Oberklassemarkt.
Autor: Maxim Hantsch-Kramskoj
K EY WORDS
Lithium-Ionen-Batterie / Kathode / Rohstoffe / Kobalt / Lebens-
dauer / Nachhaltigkeit
Der Schlüssel zu einer zukunftsfähigen Elektromobilität ist mische Struktur der Kathode instabil. Um den damit verbunde-
eine wirtschaftliche, skalierbare und nachhaltige Fertigung nen nachteiligen Effekten für die Sicherheit der Batterie entge-
von leistungsstarken Batterien mit einer hohen Energiedichte genzuwirken, wird das Kathodenaktivmaterial neben Mangan
und langer Lebensdauer. Auf dem Weg zu einer solchen Batterie- auch mit Kobalt angereichert.
produktion der Zukunft sind allerdings noch einige Herausfor-
derungen zu meistern – sowohl in der Zelltechnologie wie auch KRITISCHER ROHSTOFF
innerhalb der Lieferkette. Denn die Zellchemie der meisten Bat- Das Schwermetall Kobalt ist jedoch aus mehreren Gründen kri-
terien enthält seltene und schwierig zu beschaffende Rohstoffe. tisch: es ist nicht nur ein toxisches, sondern auch ein seltenes und
So setzen Batteriehersteller für leistungsstarke Lithium-Ionen- damit kostspieliges Material. Neben Nickel ist Kobalt die teuerste
Zellen in der Regel auf Kathoden aus einer Lithium-Nickel- Komponente einer Batteriezelle. Weltweit betragen die bekann-
Kobalt-Mangan-Verbindung (NCM). Einerseits ermöglicht das ten Kobalt-Reserven nur rund 25 Millionen Tonnen, mit dem
Nickel eine hohe Energiedichte, andererseits macht es die che- größten Vorkommen in der Demokratischen Republik Kongoemobility tec 03/2021 Batterien + Komponenten Kobaltfreie Batterien 17
(60 Prozent des Gesamtvorkommens) und in Sambia. Das macht Nickel und 25 Prozent aus Mangan besteht. Stabilisiert wird die
das knappe Kobalt neben Nickel zum teuersten Teil einer Bat- Kathode über eigens entwickelte Doping- und Coating-Prozesse.
teriezelle. Zudem ist die Förderung von Kobalt ethisch nicht Für das Dotierungsverfahren bringt SVOLT Fremdatome in das
unbedenklich, denn wie viele Erze wird es in den Tagebau-Minen Kathodenmaterial ein. Dadurch erreichen NMX-Zellen – auch
in Afrika unter teils prekären Bedingungen abgebaut. Die unsi- ohne Kobalt – eine höhere thermische Stabilität sowie Gesamt-
cheren politischen Verhältnisse in den Abbaugebieten gefährden sicherheit als NCM811-Zellen (Hochnickelzellen). Mithilfe der
eine zuverlässige Versorgung und können massive Preisschwan- neuen Technologie ist es darüber hinaus gelungen, die Zyklen-
kungen auslösen. Vor diesem Hintergrund forschen Hersteller alterung ebenso wie die kalendarische Lebensdauer der NMX-
von Kathodenaktivmaterial auf der ganzen Welt intensiv nach Zellen im Vergleich zu herkömmlichen NCM811-Batteriezellen
Möglichkeiten, den Kobaltanteil innerhalb der Batteriezellen zu deutlich zu verbessern. Damit sind über 2500 Ladezyklen mög-
senken oder das Schwermetall gänzlich aus der Zellchemie zu lich. Die lange Lebensdauer der NMX-Batteriezellen wird unter
eliminieren. anderem durch eine hauchdünne Oberflächenbeschichtung
Die Eliminierung von Kobalt stellt auch einen Schwerpunkt in (Nano-Coating) erzielt, die aus nur wenigen Hundert Atomen
den Forschungsaktivitäten von SVOLT dar. Als systemischer besteht. Sie schützt die Oberfläche der Kathode vor Nebenreak-
Anbieter entwickelt und produziert SVOLT speziell für den Auto- tionen mit dem Elektrolyten und beugt der Batterie-Degradation
motive-Sektor und seine Anforderungen optimierte Lithium- vor. So nimmt die Kapazität der NMX-Batterien und damit ihre
Ionen-Batterien. Dem Unternehmen ist es nun gelungen, eine Reichweite über den Zeitverlauf weniger stark ab.
Batterie mit kobaltfreier Hochnickelzellchemie (NMX) erfolgreich Um die Entstehung von Mikro-Rissen sowie -Brüchen im akti-
zur massentauglichen industriellen Serienreife zu bringen. ven Kathodenmaterial und damit dem Verschleiß der Zelle wei-
ter vorzubeugen, setzt der Hersteller beim Kathodenmaterial
STABIL UND LANGLEBIG außerdem auf eine Einzelkristallstruktur (NMX H). Anders als
Für seine kobaltfreien NMX-Batteriezellen hat der Hersteller ein bei polykristallinen Strukturen verfügen hier alle Partikel über
neuartiges Kathodenmaterial entwickelt, dass zu 75 Prozent aus die gleiche kristallografische Orientierung. Das heißt, alle Bau-
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Bild: SVOLT
Verfügbar bzw. bestellbar sind NMX-Zellen mit 115 Ah und einer Energiedichte von 245 Wh/kg im MEB-Format (33,4 × 220 × 102,5 mm³) und eine Zell-
variante mit 226 Ah und einer Energiedichte von 240 Wh/kg im proprietären Zellformat L6 (21,5 × 574 × 118 mm³).
steine der Kathode bilden ein durchgehendes, homogenes Kris- teriezellen mit 115 Ah und einer Energiedichte von 245 Wh/kg
tallgitter, das sich auch unter äußeren Einflüssen nicht verändert. in einem MEB-Format (33,4 × 220 × 102,5 mm³) verfügbar. Ihre
Das Material dehnt sich weniger stark aus und zieht sich auch Spannung liegt bei 3,74 V, die Kapazität bei 430 Wh. Damit
weniger stark zusammen als Polykristallstrukturen, deren Par- erzielt die 115-Ah-Variante der NMX-Batterie eine effektiv nutz-
tikel unterschiedlich groß und verschieden ausgerichtet sind. bare Kapazität von 396 Wh. Ebenfalls bestellbar ist eine kobalt-
Das beugt der Entstehung von Mikro-Rissen und -Brüchen in freie Zellvariante mit 226 Ah und einer Energiedichte von
der Kathode und damit der Zellalterung vor. 240 Wh/kg, die voraussichtlich ab dem vierten Quartal 2021
verfügbar sein wird. Bei der 226-Ah-Ausführung handelt es sich
EINSATZGEBIET UND VERFÜGBARKEIT um das SVOLT-eigene Zellformat L6 (21,5 × 574 × 118 mm³).
Dank des vollständigen Verzichts auf das Schwermetall Kobalt Die sogenannten L-Zellen sind lange Batteriezellen in dünner
sowie eines gesenkten Nickel-Gehalts sind die NMX-Zellen prismatischer Ausführung mit seitlich positionierten Elektroden
nicht nur wesentlich nachhaltiger, sondern auch rund fünf und Entgasungsventilen. Ihre Spannung liegt bei 3,74 V, die
Prozent preiswerter als klassische Hochnickelbatteriezellen Nennenergie bei 845 Wh.
(NCM811). Gleichzeitig erreichen die Produkte eine Energie-
dichte, die nur knapp fünf Prozent unter der von vergleichbaren NACHHALTIGE ZELLFERTIGUNG
NCM-Batteriezellen liegt. Dadurch eignen sie sich besonders gut Der Durchbruch, der mit der Entwicklung der NMX-Zelle
für den Einsatz in Elektrofahrzeugen im breiten Mittelklasse- gelang, ist ein wichtiger Schritt auf dem Weg zu einer nach-
sowie Oberklassemarkt. Die NMX-Batteriezelle wurde erstmals haltigen Batterieproduktion. Zum heutigen Zeitpunkt ist Kobalt
im September 2019 auf der Internationalen Automobil-Ausstel- allerdings aus vielen Energiespeicherlösungen nach wie vor nicht
lung (IAA) vorgestellt. Nach der Fertigstellung des kobaltfreien wegzudenken. Deshalb sucht SVOLT aktiv nach Möglichkeiten
Kathodenmaterials im Juni 2019 ging SVOLT zu Leistungstests zur Wiederverwertung von Kobalt.
des ersten Prototyps über. Der Fokus lag dabei auf der Optimie- Neben den kontinuierlichen Weiterentwicklungen und Inno-
rung der Temperaturkurve ebenso wie auf einer strengen Qua- vationen auf Hard- und Software-Ebene arbeitet der Automobil-
litätsprüfung. Abgeschlossen wurde das Entwicklungsprojekt zulieferer fortlaufend daran, seine komplexen Produktionspro-
im April 2020. zesse zu optimieren. Mit hochautomatisierten Prozessen und
Im Januar 2021 wurde die Pilotproduktion mit 10 Tonnen modernstem Factory-Equipment zielt das Unternehmen darauf
kobaltfreiem Kathodenmaterial in der Batteriezellfabrik in ab, seine hochwertigen, leistungsfähigen Produkte möglichst
Changzhou, China, erfolgreich abgeschlossen. Jährlich werden umweltfreundlich und nachhaltig herzustellen. (na) //
in dieser Zellfabrik in ihrer derzeitigen Ausbaustufe nun
5000 Tonnen des zentralen Materials für die kobaltfreie Batte-
Autor
rieproduktion hergestellt. Ende 2023 können die neuartigen
Maxim Hantsch-Kramskoj
Batterien auch im geplanten Werk im Saarland produziert wer- Vice President Sales & Marketing bei SVOLT Europe
den. Seit dem zweiten Quartal 2021 sind kobaltfreie NMX-Bat-emobility tec 03/2021 Batterien + Komponenten Highlight 19
HOHE K APAZITÄTSERHALTUNG AUCH BEI NIEDRIGEN TEMPERATUREN
Erste Natrium-Ionen-Batterie für E-Autos
CATL hat die erste Generation seiner Natrium-Ionen-Batterie für Anwendungen in der Elektromobilität vorgestellt. Im
Rahmen seiner AB Battery Pack Solution lässt sich diese mit einer Lithium-Ionen-Batterie in einem Pack integrieren.
Die Natrium-Ionen-Batterie hat ein Die erste Generation der Natrium-Ionen-
ähnliches Funktionsprinzip wie die Batterie besitzt eine hohe Energiedichte,
Lithium-Ionen-Batterie. Auch hier pen- eine schnelle Ladefähigkeit, eine sehr gute
deln Natriumionen zwischen Kathode thermische Stabilität, eine gute Leistung
und Anode. Im Vergleich zu Lithium- bei niedrigen Temperataturen und eine
Ionen haben Natrium-Ionen jedoch ein hohe Integrationseffizienz. Die Energie-
größeres Volumen und stellen höhere dichte der Batteriezelle gibt CATL mit bis
Anforderungen an die strukturelle Sta- zu 160 Wh/kg an. Sie soll sich bei Raum-
bilität und die kinetischen Eigenschaften temperatur in 15 Minuten auf 80 Prozent
der Materialien. Dies hat sich zu einem SOC aufladen lassen. Darüber hinaus hat
Engpass für die Industrialisierung von der Energiespeicher in einer Tieftempera-
Bild: CATL
Natrium-Ionen-Batterien entwickelt. turumgebung von -20 °C eine Kapaziäts-
Bei den Kathodenmaterialien setzt erhaltungsrate von mehr als 90 Prozent.
CATL auf Preußisch Weiß, einer Abwand- Der Batteriehersteller setzt bei der Wei-
lung des Berliner Blau (einem Eisenhexa- terentwicklung auf High Performance Im Bereich der Batteriesysteminnova-
cyanoferrat). Bei Preußisch Weiß ersetzt Computing und eine Simulationstechno- tion hat CATL die AB-Batteriesystemlö-
Natrium einen Teil der Eisenionen. Bei logie, die ein tiefgreifendes Verständnis sung entwickelt. Bei dieser lassen sich
diesem Material mit hoher spezifischer der elektrochemischen Prinzipien ermög- Natrium-Ionen- und Lithiuim-Ionen-Bat-
Kapazität wurde die Struktur durch Umla- licht. Darauf basierend werden die elek- terien in einem bestimmten Verhältnis
gerung der Elektronen neu gestaltet. Als trochemischen Systeme für Energiespei- mischen und in ein Batteriesystem inte-
Anodenmaterial hat CATL ein Hartkoh- cher weiterentwickelt, sodass schließlich grieren. Gesteuert werden die verschiede-
lenstoffmaterial entwickelt, das eine porö- ein für die Natrium-Ionen-Batterie opti- nen Batteriesysteme durch einen BMS-
se Struktur besitzt und damit eine erhöh- miertes chemisches System entsteht. Das Algorithmus. Die AB-Batteriesystemlö-
te Speicherung und schnelle Bewegung Entwicklungsziell für die nächste Gene- sung kann den derzeitigen Mangel an
der Natriumionen ermöglicht. Dies ver- ration ist eine Energiedichte von über Energiedichte der Natrium-Ionen-Batte-
bessert die Zyklusleistung der Batterie. 200 Wh/kg. rie ausgleichen. (na) ∕∕
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