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Wie kommt die Batterie ins Elektroauto?
Marktstudie der Lithium-Ionen-Batteriewertschöpfungskette im Hinblick auf Unternehmensstruktur, Logistikwege und -kosten
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Autoren: Ahmet Yilmaz, Mario Kehrer
Veröffentlicht am: 25.09.2020
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Aus einer Anode, einer Kathode, einem Separator und einem ionenleitfähigen Elektrolyten wird eine Batteriezelle gefertigt. Anschließend werden mehrere Batteriezellen zu Batteriemodulen weiterverarbeitet. Diese wiederum werden zu Batteriepacks montiert, welche dann im BEV verbaut werden können.
Eine separate Betrachtung bzw. eine Abgrenzung der Zellfertigung, Modulfertigung, Packfertigung und der Batteriesystemintegration hinsichtlich der Wertschöpfungskette ist nur schwer möglich, da alle Unternehmen bezüglich dieser Wertschöpfungsstufen verschiedene Strategien verfolgen. So werden vier Wertschöpfungsstrategien für die Lithium-Ionen-Batteriefertigung unterschieden. Diese sind:
Produktion von Batteriezellen
Produktion von Batteriemodulen
Produktion von Batteriepacks
Batteriesystemintegration
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Abbildung 3: Unternehmensbeziehungen in der Lithium-Ionen-Batteriewertschöpfungskette
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Die Wertschöpfungsstrategie „Produktion von Batteriezellen“ gibt an, dass Automobilhersteller Batteriezellen eigenständig fertigen und die folgenden Schritte der Wertschöpfungskette, d.h. Modulfertigung, Packfertigung und Systemintegration, ebenfalls intern durchführen.
Bei der Wertschöpfungsstrategie „Produktion von Batteriemodulen“ kaufen die Unternehmen die Batteriezellen ein, montieren diese anschließend intern zu Batteriemodulen und im Weiteren zu Batteriepacks. Im Vergleich zu der „Produktion von Batteriezellen“ wird diese Wertschöpfungsstrategie bereits heute von vielen Unternehmen für die Fertigung von Batterien angewandt. Langfristig bleibt offen, ob die Modulfertigung ein Bestandteil der Wertschöpfungskette bleiben wird, da viele Hersteller an der sogenannten „Cell‑to‑Pack“‑Technologie, also der Batteriepackmontage ohne den Einsatz von Modulen, arbeiten. Die Idee hinter diesem Ansatz ist, dass Batteriezellen sofort zu Batteriepacks montiert werden und somit der Zwischenschritt der Modulmontage nicht mehr benötigt wird. Insbesondere der chinesische Zellhersteller CATL ist in der Forschung und Entwicklung dieser Technologie stark fortgeschritten. So verkündete das Unternehmen gemeinsam mit dem chinesischen Automobilhersteller BAIC Group die Anwendung dieser Technologie für die Batteriefertigung der Kompaktlimousine EU5 der BAIC Group.[1] Des Weiteren gaben CATL und Tesla bekannt, für die Batteriepacks, der in der neuen Gigafactory in Shanghai gefertigten Tesla Model 3 Fahrzeuge, die prismatischen Batteriezellen mit der „Cell‑to‑Pack“‑Technologie zu montieren.[2]
Analog zum Gesamtaufbau der Batterie ist der nächste Schritt der Wertschöpfungskette und damit einhergehend die nächste Wertschöpfungsstrategie die „Produktion von Batteriepacks“. Hierbei kaufen Unternehmen Batteriemodule ein und montieren diese zu Batteriepacks. Die Batteriemodule können sowohl vom Zellhersteller selbst als auch von einem Drittunternehmen gefertigt worden sein. So gibt es Unternehmen wie die Batterien-Montage-Zentrum Gruppe, welche auf die Modulfertigung spezialisiert sind.
Die letzte Wertschöpfungsstrategie beschreibt die Batteriesystemintegration. Die Systemintegration bedeutet in diesem Kontext die Integration des Batteriepacks in das Fahrzeugsystem. Somit drückt diese Wertschöpfungsstrategie aus, dass Automobilhersteller lediglich die fertige Batterie in das Fahrzeug einbauen. Das bedeutet, dass alle vorgelagerten Prozessschritte der Wertschöpfungskette wie die Zellfertigung, Modulfertigung und Packfertigung durch externe Unternehmen durchgeführt werden. Diese Wertschöpfungsstrategie wird von vielen Unternehmen bevorzugt, da diesen insbesondere in den Anfangsjahren der BEV-Fahrzeugfertigung das Lithium-Ionen-Batteriefachwissen fehlte. Der Trend zeigt wiederum, dass immer mehr Automobilhersteller sich von dieser Wertschöpfungsstrategie lösen und in einem früheren Stadium der Wertschöpfungskette einsteigen, um unabhängiger und flexibler zu agieren.
Jedoch müssen Unternehmen nicht zwangsweise nur eine Wertschöpfungsstrategie als Unternehmensstrategie festlegen. So haben einige Unternehmen für verschiedene Fahrzeugvarianten auch unterschiedliche Wertschöpfungsstrategien. Eine Übersicht der Wertschöpfungsstrategien verschiedener Elektrofahrzeugherstellern ist in Abbildung 4 abgebildet.
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Abbildung 4: Übersicht der Wertschöpfungsstrategien verschiedener Elektrofahrzeughersteller von der Zellfertigung bis zur Batteriesystemintegration
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Ahmet Yilmaz hat Maschinenbau an der RWTH Aachen studiert und sich im Master auf Produktionstechnik spezialisiert. Seit dem Jahr 2018 arbeitet er für die Streetscooter GmbH und ist hier seit März 2019 als Produktionsingenieur für die Hochvoltbatteriefertigung tätig. Aufgrund seiner Tätigkeit hat er intensive Erfahrungen im Bereich Lithium-Ionen-Batteriemontage sammeln können. Im Rahmen seiner Masterarbeit zum Thema „Marktspiegel der Lithium-Ionen-Batterie – Betrachtung der Wertschöpfungskette von der Ressourcengewinnung bis zur Integration des Batteriesystems“ konnte er sein spezifische Wissen und seine Erfahrungen einbringen um die gesamte Batteriewertschöpfungskette mit allen dazugehörigen Stationen zu analysieren und zu beschreiben. Er versteht die Batteriefertigung als ein ganzheitliches System von der Zellfertigung über die Modul- und Packmontage bis hin zur finalen Systemintegration ins Endprodukt.
Mario Kehrer studierte Elektro- und Informationstechnik in der Vertiefungsrichtung Elektromobilität am Karlsruher Institut für Technologie sowie der Shanghai Jiao Tong University. Während seines Studiums arbeitete er bei verschiedenen Automobilzulieferern in der Serien- und Vorausentwicklung. Seit 2017 ist Herr Kehrer als wissenschaftlicher Mitarbeiter am Chair of Production Engineering of E-Mobility Components der RWTH Aachen unter Professor Kampker angestellt und arbeitet, seit 2019 als Gruppenleiter, in der Gruppe Battery Engineering.
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Quellen:
2. Textblock
1] Vgl. Sebastian 2019.
[2] Vgl. Bos 2020.
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