Süddeutsche Zeitung

Elektromobilität:Wie BMW Teslas Batterie-Vorsprung aufholen will

  • Wenn BMW in einigen Jahren die Serienversion der IAA-Studie i Vision Dynamics auf den Markt bringt, soll die Reichweite des Elektroautos mit Tesla konkurrieren können.
  • Dafür muss der Münchner Hersteller Teslas Vorsprung bei der Batterie-Technologie aufholen.
  • Gleichzeitig wächst mit Jaguar ein neuer Konkurrent heran, der sein Elektroauto mit interessanter Akku-Struktur früher auf den Markt bringen möchte.

Von Joachim Becker

Showcars sind wie Showstars: Nach dem Auftritt ist der Lack ab. Auf der IAA stehen reihenweise aufgeschminkte Allerweltsautos. Auf dem Weg in die Serie werden sie viel Eleganz verlieren. Auch das jüngste Konzeptfahrzeug von BMW könnte so ein Messe-Bluff sein. Lange Motorhaube, fließende Dachlinie und kurze Überhänge: typische Coupé-Proportionen. Zu schön, um wahr zu sein. Zumindest für ein Elektroauto. Klaus Fröhlich widerspricht energisch: "Wir liefern das, was wir versprechen", sagt der angriffslustige BMW-Entwicklungsvorstand, "das Auto geht so in Serie."

Warum nicht gleich so? Jahrelang haben die Münchner fast tatenlos zugeschaut, wie Tesla zur Kultmarke aufgestiegen ist. Als Stadtauto konnte der BMW i3 den Langstrecken-Stromern aus Kalifornien nie Paroli bieten. "Wir haben uns bewusst entschieden, die Heckantriebsarchitektur nicht schon 2014 auf batterieelektrische Fahrzeuge auszuweiten", kontert Fröhlich, "für die Reichweite, die wir im BMW i Vision Dynamics darstellen, hätte das damals ein Batteriegewicht von einer Tonne bis 1,2 Tonnen bedeutet. Wir wollten keinen 2,5-Tonner bauen, um dann im Durchschnitt 1,1 Personen zu bewegen."

600 Kilometer Normreichweite gibt BMW für die Studie an und einen Sprint von null auf 100 km/h in vier Sekunden. Das spricht für Elektromotoren an der Vorder- und Hinterachse sowie eine Batteriekapazität von rund 100 Kilowattstunden. Aber wie bringt man zwei Europaletten mit Energiespeichern in einem Coupé unter?

Nicht ohne Grund wachsen die allermeisten Stromer in die Höhe. Unter den gesamten Fahrgastraum muss ein knapp 20 Zentimeter hohes Akku-Paket passen. Statt zu schnittigen Sportlern mutieren viele Stromer daher zu massigen Hochdachautos. Dank des SUV-Trends fällt das nicht weiter auf. Bis die Kunden merken, dass solche 2,5-Tonner auch wegen ihres Luftwiderstands alles andere als umweltfreundlich sind. Tesla baut als bisher einzige Marke Batterieautos mit niedriger Coupé-Silhouette in hohen Stückzahlen. Aber wie machen die das bloß?

Elektroauto zum Preis eines Benziners

Klar ist: Die Münchner wollen einen echten Tesla-Fighter bauen, wie er in der Branche genannt wird. Die Länge von 4,70 Meter entspricht dem Model 3 oder BMW 4er Gran Coupé. Mit 1,39 Meter Höhe soll die Dachlinie aber noch eine Hand breit niedriger liegen. Ziemlich schnittig für eine Öko-Kiste, jedenfalls deutlich eleganter als der pummelige BMW Next 100 von vor einem Jahr. "Die neue Studie war die anspruchsvollste Übung", so Fröhlich, "das kompakteste, flachste Auto mit der höchsten Fahrleistungsanforderung und dem kleinsten Raum für den Energiespeicher."

Die Zukunft, soviel ist jetzt schon klar, sieht bei BMW nicht viel anders aus als die Gegenwart. Weil es die Kunden so wollen. Aber unter der Haube ändert sich einiges. BMW wird versuchen, trotz der großen Batteriereichweite unter zwei Tonnen Gesamtgewicht zu bleiben. Eine komplette Karbon-Karosserie wie im i8 wäre jedoch zu teuer. Auf dem Wiener Motorensymposium hat BMW angekündigt, Stromer zum Preis eines vergleichbar starken Benziners anbieten zu wollen (derzeit rund 50 000 Euro). Das klappt aber nur, wenn beide Antriebsvarianten vom selben Fließband laufen. Deshalb besinnt sich BMW beim i Vision Dynamics auf eine Mischbauweise aus Stahl, Aluminium und Karbon. Künftig kommt das hochfeste Leichtbaumaterial aus der Strickmaschine. Zum Beispiel für die filigranen Dachholme des Coupés. Entscheidend ist, dass sich die hohlen Freiformteile in allen BMW-Werken ohne Zeitverlust montieren lassen.

Zentraler Knackpunkt im Rennen mit Tesla bleibt aber die Batterie-Technologie. Die Kalifornier haben bisher Laptop-Zellen vom Typ 18650 verwendet. "Die Energiedichte dieser Rundzellen liegt etwa 50 Prozent über denen, die bisher in der Automobilindustrie eingesetzt wurden. Dadurch wird ein Drittel Material- und Herstellungskosten eingespart", erklärt Batterieexperte Dirk Uwe Sauer von der TU Aachen. Im Model 3 kommen erstmals neue 2170-Akkus zum Einsatz. Entscheidender Vorteil der kleinen Zylinder mit 21 Millimeter Durchmesser und 70 Millimeter Länge: noch mehr Aktivmaterial im Verhältnis zur Hülle. So können die Kalifornier ihre Energiedichte um weitere 50 Prozent steigern und die Kosten nochmals um ein Drittel senken. Oder wie Tesla-Chef Elon Musk typisch selbstbewusst sagt: "Die Zelle hat die höchste Energiedichte in der Welt, und sie ist auch die billigste."

Nachteil der Tesla-Batterien: die Feuergefahr

Außer Tesla wagt bisher kein Autohersteller solche kleinformatigen Rundzellen mit derart hoher Energiedichte einzusetzen. Grund ist die reaktionsfreudige Zellchemie: Bei Laptops und Handys ereignen sich ohne äußere Eingriffe immer wieder gefährliche Kurzschlüsse. Durch Fertigungsfehler können die kleinen Energiespeicher überhitzen. Dann blähen sie sich auf und explodieren im Extremfall. Eine derartige Kernschmelze hat fatale Folgen. Denn in Lithium-Ionen-Batterien steckt nicht nur brennbares Material, sondern auch chemisch gebundener Sauerstoff. Mit herkömmlichen Methoden lässt sich ein solches Batteriefeuer kaum löschen. Um eine Kettenreaktion zu vermeiden, verpackt Tesla die Akkus in separaten Stahlgehäusen. Zusätzlich wird die gesamte Batterie ummantelt, um sie vor Auffahrunfällen zu schützen.

Teslas Batteriestrategie hat sich in der Praxis bewährt. Auch, weil sich die Mini-Speicher von Panasonic platzsparend im Unterboden verstauen lassen. Ausgerechnet Samsung SDI, unter anderem Zelllieferant für den BMW i3, hat auf der IAA nun seinerseits solche 2170-Rundzellen vorgestellt. Die Elektro-Start-ups Lucid Motors und Faraday Future wollen die neuen Zellen verwenden. Samsung SDI verspricht für 2021 eine Reichweite von 600 Kilometern bei einer kompakten Bauform. Andere Batterietypen holen allerdings auf.

BMW favorisiert Zellen im Taschenbuch-Format

BMW favorisiert weiterhin besonders sichere prismatische Zellen. Die Energiespeicher im Taschenbuch-Format stecken in stabilen Metallgehäusen. Sie sollen eine thermische Kettenreaktion verhindern, machen diesen Batterietyp aber auch relativ schwer, groß und teuer. Deshalb waren mehrere Entwicklungszyklen nötig, um zu Tesla aufzuschließen. "Wir wussten 2010, dass wir die Energiedichte bis 2020 mindestens verdoppeln müssen", so Fröhlich. Um einen Speicher von rund 500 Kilogramm Gewicht für 600 Kilometer Reichweite umsetzen zu können, gründeten die Münchner ein eigenes Entwicklungszentrum. Klaus Fröhlich: "Wir haben Ende 2016 den Durchbruch geschafft mit einer neuen Zelltechnologie, die ab 2021 verfügbar ist. Ich erwarte, dass wir die Batterie-Energiedichte gegenüber 2010 verzweieinhalbfachen werden."

Teslas Vorsprung lässt sich mit umgebauten konventionellen Autos nicht einholen. Deshalb entsteht bei Jaguar wie bei vielen anderen Herstellern eine eigenständige Elektro-Plattform: "Das I-Pace Concept ist ein kompromisslos konzipiertes Elektrofahrzeug, das auf einem weißen Blatt Papier entwickelt wurde", betont Wolfgang Ziebart.

Jaguar ist schneller als BMW

Der Direktor Technische Entwicklung war früher BMW-Vorstand. Um so größer ist sein Ehrgeiz, im sportlichen Wettbewerb mit den Münchnern die Nase vorn zu haben. Schneller sind die Briten mit dem I-Pace allemal. 2018 soll er sowohl beim Auftragsfertiger Magna in Steyr als auch in China vom Band laufen. Natürlich mit den markentypischen Eigenschaften: "Der I-Pace nutzt das volle Potenzial eines Elektrofahrzeugs in Bezug auf Platzausnutzung, Fahrspaß und Performance", so der Entwicklungschef der Jaguar Land Rover Markengruppe.

Der SUV mit der "Performance eines Sportwagens" nutzt Pouch-Zellen, die wie flexible Kühl-Pads aussehen. Ihr wichtigster Vorteil gegenüber Rundzellen sei die höhere nutzbare Energiedichte: "Die Leistungsfähigkeit von Pouch-Zellen ist etwas besser, weil die Zellen geschichtet und nicht gerollt sind. Deshalb können sie länger maximale Leistung liefern. Pouch-Zellen verschaffen uns überdies die nötige Gestaltungsfreiheit für die Dimensionierung des Batteriesatzes", so Ziebart. Der 67-Jährige ist sich sicher, dass die Lebensdauer der Batterie die des Fahrzeugs übertreffen wird. "Typischerweise halten Zellen etwa 1000 Zyklen, also 1000 Mal voll aufladen, entladen und wieder voll laden. In unserem Fall wäre das eine Lebensdauer von 500 000 Kilometern." Doch auch die Tesla-Rundzellen erweisen sich als erstaunlich langlebig, weil eine intelligente Batteriesteuerung verhindert, dass sie über die Maßen gestresst werden.

Das ist umso verblüffender, weil die Zellen an Tesla-Superchargern mit 120 kW druckbetankt werden. So viel Ladeleistung mutet Jaguar den Pouch-Zellen nicht zu. Statt in einer halben Stunde 80 Prozent ihrer Kapazität nachzufüllen, braucht der Jaguar-Akku 90 Minuten an einem 50-kW-Gleichstromanschluss. Das ist ein klarer Nachteil bei der Langstreckentauglichkeit. Erst recht, wenn die deutschen Hersteller ihr angekündigtes Netz von Hochleistungsladern mit mehr als 150 kW Leistung installieren. Wer die "Performance eines Sportwagens" wirklich nutzt, kann zuschauen, wie die Energiereserve zur Neige geht. Wie gesagt: Um Umweltfreundlichkeit geht es bei der E-Mobilität 2.0 nur am Rande.

Bestens informiert mit SZ Plus – 4 Wochen kostenlos zur Probe lesen. Jetzt bestellen unter: www.sz.de/szplus-testen

URL:
www.sz.de/1.3673247
Copyright:
Süddeutsche Zeitung Digitale Medien GmbH / Süddeutsche Zeitung GmbH
Quelle:
SZ vom 23.09.2017/harl
Jegliche Veröffentlichung und nicht-private Nutzung exklusiv über Süddeutsche Zeitung Content. Bitte senden Sie Ihre Nutzungsanfrage an syndication@sueddeutsche.de.