Neue Klasse: Interview mit BMW-Entwicklungsvorstand Frank Weber
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Nach Jahren bei General Motors mit revolutionären Projekten wie dem EV-Skateboard wechselte Frank Weber 2011 zu BMW, wo er nun die Entwicklung der zukünftigen Generation von Elektrofahrzeugen des bayerischen Herstellers leitet. In einem exklusiven Interview spricht er über die Möglichkeiten, die Herausforderungen und den Weg in die kommende vollelektrische Zukunft des Automobils.
Ihre neue Rolle bei BMW als F&E-Chef ist natürlich sehr bedeutsam, zumal Sie die Entwicklung der neuen Klasse leiten. Das sind im Grunde alle zukünftigen BMW-Fahrzeuge, denn die Industrie wird bald vollelektrisch sein…
Stimmt. Es ist ein einziges Bauprinzip, ich nenne es die technologische Plattform, die für lange Zeit den Standard für alle zukünftigen BMW-Fahrzeuge setzen wird.
Sie haben sich entschieden, von den prismatischen Zellen aus der Vergangenheit zu zylindrischen Zellen zu wechseln. Erkennt BMW den Vorsprung von Tesla in diesem Bereich an, da Ihre neuen Zellen die gleiche Form und ungefähr den gleichen Durchmesser haben wie die 4680 (46 mm Breite und 80 mm Höhe) Zellen, die Tesla verwendet?
Es ist ein Zufall, dass es fast die gleichen sind. Tatsächlich werden unsere 46 mm breit und 95 mm hoch sein, was bedeutet, dass sie etwas höher sind. Wir entwickeln die Batteriezellen selbst und arbeiten mit Produktionspartnern zusammen, um das Zellendesign festzulegen. Wir haben uns für eine Breite von 46 mm entschieden, weil dies die ideale Größe für das thermische Gleichgewicht ist.
Und der Grund, warum wir jetzt auf zylindrische Zellen umgestiegen sind, hat mit der Tatsache zu tun, dass wir die Energiedichte drastisch erhöht haben – 20 bis 30 Prozent mehr – und das würde bei prismatischen Zellen, die viel größer sind, zu viel werden.
Und es gibt keinen Nachteil bei der Verwendung zylindrischer Zellen?
Die Packungsdichte, die man mit prismatischen Zellen erreichen kann, ist höher – einfach weil zylindrische Zellen rund sind und einige Zwischenräume nicht genutzt werden. Aber in den Modellen der Neuen Klasse werden wir diesen negativen Packungseffekt kompensieren, indem wir die Hochspannungsbatterie zu einem Strukturelement des Fahrzeugs machen, zum Unterboden des Fahrzeugs. Die Batterie wird also in eine offene Karosserie eingebaut, und auf diese Weise gleichen wir einen Teil des Volumennachteils der zylindrischen Zellen aus.
Können Sie bestätigen, dass Sie eine Lithium-Eisenphosphat-Zellenchemie zweiter Klasse (ohne Nickel oder Kobalt) entwickeln werden? In der Größenordnung von 800 km Reichweite für die erste Klasse und etwa 500 km für die zweite Klasse?
Eine solche Differenzierung ist sinnvoll, aber wir haben bisher keine konkreten Zahlen genannt. Was ich Ihnen sagen kann, ist, dass die neuen Batterien und die neuen Effizienzmaßnahmen es uns ermöglichen werden, die Reichweiten zu erhöhen, die bis zu 30 Prozent höher sein werden als die derzeitigen Reichweiten. Und ja, wir werden zwei verschiedene Zellchemien haben, denn nicht jeder braucht so lange Reichweiten, und es wird auch in einer zukünftigen reinen Elektroauto-Welt verschiedene Segmente geben.
Lithium-Eisenphosphat-Batterien haben eine viel geringere Energiedichte was bedeutet, dass sie niemals zylindrisch, sondern immer prismatisch sein werden. Die neuen Hochspannungsbatterien, die BMW einsetzen wird, werden also so konstruiert sein, dass sie so flexibel sind, dass sie verschiedene Zelltypen verwenden können. Wenn wir weiter in die Zukunft blicken und über Solid-State-Batterien sprechen, werden wir wahrscheinlich zu größeren und höheren Energiegehalten pro Zelle übergehen, da SSD intrinsisch sicher ist. Und die Fahrzeugarchitekturen der Neuen Klasse werden so entwickelt, dass sie all diese drei Zelltypen aufnehmen können.
Da eine angemessene Ladeinfrastruktur noch Jahre auf sich warten lässt, ist der Kampf um mehr Reichweite immer noch der Schlüssel, um Kunden zu überzeugen. Wann werden die Reichweitenangst und die Bedenken bezüglich des Aufladens für die Verbraucher weniger wichtig?
In der Zukunft wird es verschiedene Nutzergruppen für Elektrofahrzeuge geben. Zum einen wird es Fahrer geben, die ausschließlich in Städten unterwegs sind und daher keine extrem hohen Reichweiten benötigen. Die andere Kundengruppe wird ihr BEV auch für Langstreckenfahrten nutzen wollen. Hier glauben wir, dass Reichweiten, wie sie die heutigen Benzinmotoren bieten, ausreichen, um Reichweitenangst auszuschließen.
Die Welt hat auf den Sprung in der Batterietechnologie gewartet. Es werden Millionen in Forschung und Entwicklung gesteckt, um Festkörperbatterien zur Serienreife zu bringen. Worin bestehen die größten Herausforderungen und wann wird dies Ihrer Meinung nach geschehen?
Die sechste Generation unserer Batteriezellen, die BMW Rundzelle, wird ab 2025 zum Einsatz kommen und beeindruckende Fortschritte bei der Energiedichte, der Ladegeschwindigkeit, der Reichweite und der Verringerung der CO2-Emissionen bei der Zellproduktion bringen. Natürlich planen wir auch weiter in die Zukunft und forschen unter anderem intensiv an der Festkörperbatterie-Technologie. Wir werden bis zum Ende des Jahrzehnts eine automobilfähige Festkörperbatterie zur Serienreife bringen und planen, deutlich vor 2025 ein erstes Demonstrationsfahrzeug mit dieser Technologie vorzustellen. Deshalb haben wir im Mai 2021 eine Beteiligung an Solid Power erworben.
Warum haben Sie sich entschieden, nicht direkt in die Produktion von Batteriezellen einzusteigen und sie stattdessen von Lieferanten wie CATL und EVE Energy zu kaufen?
Aus unserer Sicht macht es keinen Sinn, selbst Batteriezellen zu produzieren. Unsere bisherige Strategie, keine eigene Großserienproduktion von Batteriezellen zu betreiben, hat sich bewährt und wird auch bei der künftigen sechsten Generation die besten Ergebnisse liefern. Wir verfügen über umfangreiches internes Know-how in Technologie und Produktionsprozessen und haben die gesamte Wertschöpfungskette im eigenen Haus neu geschaffen.
Mit dem Know-how aus dem Kompetenzzentrum Batteriezellen und künftig auch aus dem Kompetenzzentrum Batteriezellenproduktion in Parsdorf können wir die optimale Batteriezellentechnologie für Kunden in kürzester Zeit zur Serienreife bringen und Lieferanten für die Batteriezellenproduktion nach unseren eigenen Vorgaben befähigen. So können wir mit den Batteriezellenlieferanten auf Augenhöhe verhandeln und mit Herstellern zusammenarbeiten, die technologisch und wirtschaftlich führend sind.
Es ist heute eine weit verbreitete Meinung, dass moderne Elektroauto-Batterien in der Lage sind, ein zweites und in manchen Fällen sogar ein drittes Leben zu führen. Sprechen wir von einer Lebensdauer von 15 bis 20 Jahren in verschiedenen Funktionen und wird die Batteriechemie selbst auch eine Rolle bei dieser verlängerten Lebensdauer spielen?
Die Chemie spielt keine so entscheidende Rolle für die Lebensdauer der Batterien. Ich denke, die zweite Lebensdauer ist wichtig, aber das Recycling ist wahrscheinlich noch wichtiger. Wenn wir eine Recycling-Industrie aufbauen, müssen wir darauf achten, wie lange die Elektroautos halten werden. Wir sprechen von durchschnittlich 12 bis 15 Jahren für die erste Nutzung – je nach Markt -, so dass wir nicht in der Lage sein werden, die Batterien vor dieser Zeit dem Recyclingkreislauf zuzuführen.
Wenn man 15 Jahre zurückgeht, in die Jahre 2007 bis 2008, stellt man fest, dass die Industrie damals sicher war, dass Lithium-Ionen-Batterien niemals in Elektroautos verwendet werden würden. Genauso wie wir nicht wirklich wissen, wie die allgemeine Situation im Jahr 2037 aussehen wird. Es ist unvermeidlich, dass ein Teil der Batterien für andere, weniger anspruchsvolle Aufgaben wiederverwendet wird, und in einigen Fällen werden die Rohstoffe zurückgewonnen und in neuen Batteriesystemen wiederverwendet.
Können wir davon ausgehen, dass die Art und Weise, wie die Batterie vom Kunden genutzt wird, auch einen Einfluss auf die Lebensdauer der EV-Batterie hat?
Die Alterung von Batteriezellen hat zwei entscheidende Aspekte. Der erste bezieht sich auf die frühe starke Degradation in den ersten sechs Monaten, wenn sich die Chemie in der Batterie anpasst und auf die Nutzung des Fahrzeugs reagiert. Der zweite Aspekt hat mit der Degradationszeit zu tun, die sich direkt aus den Gewohnheiten des Benutzers ergibt: welche Umgebungstemperatur, wie viele Ladezyklen, ob es sich um eine Hoch- oder Niedrigstromladung handelt usw. Bei einer typischen Lithium-Ionen-Batterie gibt es ein zweites starkes Degradationsfenster zwischen dem sechsten und achten Jahr, in dem die Leistung erheblich nachlässt. Von da an bleibt sie auf dem niedrigeren Energiegehalt stabiler.
Das sind die ersten Vor- und Nachteile. BMW war mit dem i3 ein Pionier auf dem Gebiet des Elektroantriebs, ging aber einen Weg, der dann zweitrangig wurde. Haben Sie das Gefühl, dass das Unternehmen grundlegende Lehren aus dem i3-Projekt gezogen hat, das inzwischen eingestellt worden ist?
Ohne den i3 wären wir nicht in der Lage gewesen, den i7 so auf den Markt zu bringen, wie wir es jetzt tun. Denken Sie an die Elektromotoren des i7, des i4 oder des iX: Sie sind „unsere“, sie wurden intern entwickelt, wir haben sie industrialisiert, und wir haben sie produziert. Ohne die Initialzündung, die uns das i3-Projekt gegeben hat, hätten wir nicht das Know-how, das wir heute im Unternehmen haben.
Batterien sind ein weiteres Beispiel, denn wir haben Hunderte von Ingenieuren, die an Zellen arbeiten, auch wenn wir sie nicht direkt produzieren. Dank der i3 haben wir jetzt Leute im Unternehmen, die verstehen, was Zellen sind, von A bis Z, und wenn es ein Problem bei der Zellproduktion gibt, sind unsere Leute mindestens genauso gut in der Lage, das Problem zu analysieren wie die besten und größten Zelllieferanten. Es dauert Jahre, bis man dieses Know-how in einem Unternehmen aufgebaut hat.
Das induktive Laden von Batterien wurde schon vor Jahren versprochen, aber niemand war in der Lage, die Effizienzprobleme zu lösen, was seine Verfügbarkeit verzögert hat. Wird das Problem jemals gelöst werden?
Wenn ich eine Vorhersage machen müsste, glaube ich, dass die konduktive Aufladung vor der induktiven kommen wird. Konduktives Laden setzt voraus, dass es eine Möglichkeit gibt, das Fahrzeug an eine Ladequelle anzuschließen, und schon heute sehen wir Robotertechnologie, die einen Stecker nimmt und Computervision nutzt, um elektrische Maschinen anzuschließen. Beim induktiven Laden gibt es ein Effizienzproblem zu lösen, aber wir müssen auch darüber nachdenken, was passiert, wenn man das Fahrzeug wechselt oder wie man einen Standard je nach Marke, Region usw. schafft. Andererseits muss die Induktionsplatte mit großer Präzision auf dem Boden positioniert werden, und die Elektrofahrzeuge müssen wahrscheinlich von einem optischen System geführt werden, das genauer ist als ein Mensch.
Der Spaßfaktor beim Fahren war immer ein Alleinstellungsmerkmal, auf das BMW stolz war. Sind Sie besorgt, dass es in der rein elektrischen Zukunft, auf die wir uns zubewegen, nicht mehr genug Differenzierung geben wird?
Nicht wirklich. Denken Sie an die Getriebe von ICE-Autos. BMW hat nie Getriebe gebaut, aber die Verbraucher sind der Meinung, dass wir die besten Getriebe der Welt haben. In der Regel handelt es sich dabei um ZF-Hardware, und dann macht unsere Anwendung den Unterschied. Ich glaube, dass dies in Zukunft auch bei EV der Fall sein kann.
Gerüchten zufolge werden die ersten Fahrzeuge der neuen Klasse Mittelklassemodelle wie die 3er-Reihe sein. Stimmt das?
Wir machen mit der neuen Klasse einen Technologiesprung und schaffen innovative Antriebs- und Digitalbaukästen für alle Fahrzeugklassen. Ab 2025 werden sie das gesamte BMW Modellportfolio durchdringen. Die neue Klasse ist ganz auf EV ausgerichtet und wird neue Maßstäbe für Digitalisierung und Kreislaufwirtschaft setzen. Zum Start planen wir eine Kompaktlimousine im 3er-Segment und ein entsprechendes X-Modell, also Fahrzeuge in sehr volumenstarken Segmenten.
Der erste neue Klasse BMW wird Mitte des Jahrzehnts auf den Markt kommen. Wann werden alle BMW Modelle auf dem neuen Architektur-/Plattformbaukasten basieren? Und können Sie bestätigen, dass es bei Fahrzeugen mit Allradantrieb und mit Frontantrieb vom 1er/X1 bis zum 7er/X7 zum Einsatz kommen wird?
Wenn wir aus heutiger Sicht auf das Jahr 2025 schauen, blicken wir bereits weit in die Zukunft. Wie bereits erwähnt, planen wir zunächst eine Kompaktlimousine in der 3er-Reihe und ein entsprechendes Crossover-Modell. Außerdem haben wir angekündigt, dass wir rund eine Milliarde US-Dollar in das Werk Spartanburg investieren werden, um die Produktion von Elektrofahrzeugen hochzufahren. Im Jahr 2030 werden wir dort mindestens sechs vollelektrische BMW X Modelle produzieren. Weitere Details kann ich heute leider nicht verraten.
BMW ist einer der Automobilhersteller, die noch in Wasserstoffantriebe investieren. Aber es gibt viele Hürden für diese Lösung – vor allem, wenn sie für Personenkraftwagen eingesetzt werden soll. Können wir erwarten, dass Wasserstoff vor allem in Nutzfahrzeugen, Lastwagen… zum Einsatz kommt?
Wasserstoff spielt als vielseitiger Energieträger eine Schlüsselrolle auf dem Weg zur Klimaneutralität. Wir sind überzeugt, dass er auch für die individuelle Mobilität deutlich an Bedeutung gewinnen wird. Hier geht es darum, eine gemeinsame Infrastruktur für Nutzfahrzeuge und Pkw zu schaffen. Ein Mix aus batteriebetriebenen und brennstoffzellenelektrischen Antrieben ist für uns langfristig sinnvoll.
Das macht die BMW Group auch widerstandsfähiger, nicht zuletzt wegen des unterschiedlichen Rohstoffbedarfs. Bei Batteriezellenfahrzeugen werden deutlich kleinere Batterien eingesetzt und die eigentlichen Zellen benötigen nur vier Gramm Platin, das bereits aus Katalysatoren recycelt werden kann. Im August dieses Jahres haben wir mit der Produktion unserer Brennstoffzelle der zweiten Generation begonnen.
Das Interview führte Joaquim Oliveira; press-inform
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