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Batterie-Patent: Die eckige Rundzelle von BYD

Batterie-Patent von BYD
Die eckige Rundzelle aus China

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Während Tesla seit jeher auf Rundzellen setzt, bauen vor allem die deutschen Hersteller noch auf prismatische Zellen oder Pouch-Akkus. Der chinesische Batterie- und Autobauer BYD schlägt einen weiteren Weg ein und arbeitet an der sechseckigen Rundzelle.

Eckige Rundzelle BYD
Foto: Mercedes, BYD, Luca Leicht

Wie so oft lassen sich auch die Ingenieure bei der Batterieentwicklung von der Natur inspirieren. Nicht zuletzt deshalb kam es wohl zur Entwicklung der Rundzelle. Denn nur eine kugelförmige Batteriezelle würde eine noch effizientere Ausnutzung von Volumen und eine bessere Stabilität ermöglichen – in der Produktion wäre sie allerdings ungleich komplizierter als der aufgerollte Dauerbrenner der Batteriewelt. Das gilt allerdings nur, wenn man die Zelle einzeln betrachtet. Setzt man viele dieser runden Zellen zu einem Batteriepaket zusammen, entstehen Zwischenräume, die für Ineffizienz bei der Kühlung, der Bauraumnutzung und damit der Leistungsdichte sorgen.

Unsere Highlights
Patent Wabenstruktur Hexagon-Batterie-Pack BYD
BYD, Luca Leicht

Hexagon-Batteriezelle mit sechs Ecken

BYD hat ein Patent angemeldet, dass auch dieses Problem löst – und ebenfalls von der Natur inspiriert ist. Die Idee: Eine eckige Form der Rundzelle, die dann in Wabenform angeordnet wird und damit beispielsweise das Innere der sogenannten Blade-Batterie bilden kann. Ganz genau genommen, handelt es sich bei der Hexagon-Zelle aber eigentlich um eine sechseckige prismatische Zelle.

Vor allem in der Ansicht von oben wird schnell klar, welchen Vorteil diese Anordnung mit sich bringt. Denn die Lücken zum Rundzellen-Pendant gibt es dann nicht mehr. Stattdessen können sie Zwischenräume komplett genutzt werden, sodass beispielsweise mehr Elektrolyt eingebracht werden kann, was die Lebensdauer der Zelle erhöht. Außerdem kann durch die sechseckige Form ein stabileres Batteriepack gebildet werden, das bessere Crasheigenschaften hat.

Vergleich Hexagon-Zelle und Rundzelle
Luca Leicht, Mercedes
Beim direkten Vergleich wird klar, die vielen Zwischenräume, die für Inneffizenz der Bauraumnutzung und Kühlung bei der Rundzelle sorgen, gibt es bei der sechseckige Hexagon-Zelle nicht.

Bei der Größe spricht das BYD-Patent von einer Höhe zwischen 60 und 150 Millimeter, beim Durchmesser von 15 bis 60 Millimeter. Es wird aber auch konkreter. So ist an anderer Stelle die Rede von einer Höhe von 90 Millimeter und einem Durchmesser von 40 Millimeter. Nach gängiger Logik würde man die sechseckige Zelle von BYD demnach als 9040 bezeichnen.

9040 Hexagon-Akku mit LFP-Technik

Auch wenn sich das Format damit von Teslas großer 4680-Zelle etwas unterscheidet, ist das System der Amerikaner doch dicker und kleiner, lohnt sich dennoch ein Vergleich. Denn beide Zellen sind verglichen mit den sonst üblichen Rundzellenformaten am Markt um ein Vielfaches größer. So setzt die Hexagon-Zelle von BYD auf eine LFP-Technik (Lithium-Eisen-Phosphat). Bei der Tesla-Zelle kommt dagegen klassische NMC-Technik (Nickel, Mangan, Kobalt) zum Einsatz. So kommt die 4680-Zelle von Tesla auf eine Energiedichte von etwa 244 Wh/kg. Die Daten des BYD-Pendant sind noch nicht veröffentlicht, aber rein theoretisch wären bis zu 290 Wh/kg drin.

Patent Eckige Rundzelle BYD Kathode Anode Akku Batterie
BYD, Luca Leicht
Die Kathode und Annode der sechseckigen Hexagon-Zelle von BYD sind beide oben angebracht. Der negative Pol (22) sitzt in der Mitte, drei sogenannte Tabs zum Plus-Pol des Akkus sind an der Kante untergebracht (21)

Eine weitere Besonderheit der 9040-Hexagon-Zelle sind die Plus- und Minus-Pole des BYD-Akkus. Die Anschlüsse sind nicht wie bei vielen anderen Akkus oben und unten, sondern beide oben angeordnet. Das allein wäre kein Alleinstellungsmerkmal. Besonders wird es durch die sechseckige Form der Zelle. Die negative Elektrode ist in der Mitte platziert – soweit so üblich – die positive Elektrode ist allerdings dreigeteilt und an der Kante untergebracht. Auf diese Weise könnten die Zellen im Batteriepack einfacher und kurzschlusssicherer untergebracht werden.

Sechseckiges Zellformat für mehr Stabilität

Apropos Batteriepack: Im Patent spricht BYD von einem Aluminium-Gehäuse, aus dem die Wabenstruktur aufgebaut ist. Diese Struktur nutzt BYD auch bei der Blade-Batterie. Durch das enge Packen nennt BYD einen Zellanteil von 80 bis 90 Prozent an der gesamten Batterie. Andere Akku-Packs kommen teilweise auf einen Zellanteil im Batteriepack von nur rund 60 Prozent. Die Blade-Batterie kommt dabei auf Abmessungen von 96 Zentimeter Länge, neuen Zentimeter Breite und 1,35 Zentimeter Höhe. Entsprechend der 9040er-Maße wäre das Batteriepack aus den Hexagon-Zellen mindestens neun Zentimeter hoch, zuzüglich Platz fürs Gehäuse und Kühlung. Insgesamt wäre das Akkupack, dann aber immer noch recht schlank, messen die Akkupacks bei Mercedes EQ-Modellen meist mehr als 20 Zentimeter.

Ein weiterer Vorteil: Die Wabenstruktur bietet auch eine außerordentlich hohe Stabilität und ermöglicht so eine Cell-to-Pack- (CTP) oder Cell-to-Chassis-Bauweise (CTC). Das heißt, die einzelnen Zellen werden nicht erst zu Modulen zusammengefasst, die anschließend das Akku-Paket des E-Autos bilden, sondern direkt von der Zelle in ein Batteriegehäuse eingebracht. Auf genau diese Weise setzt Tesla seine 4680-Zellen ein und auch BMW hat für die neue Akku-Generation, die für die neue Klasse ab 2025 angekündigt ist, ebenfalls ein nach BMW-Sprech Cell-to-Open-Body-Konzept in Planung.

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Oben in der Galerie finden Sie Bilder der großen Elektro-Limousine von BYD namens Han.

Fazit

Mit mehr Stabilität, längerer Lebensdauer und besserer Effizienz verspricht das Konzept der eckigen Rundzelle der BYD-Batterie viele Problemlösungen. Fraglich bleibt allerdings, ob sich Batteriepacks mit der Wabenstrucktur und den großen Zellen auch in großen Stückzahlen im industriellen Maßstab fertigen lassen. Denn genau das war bislang der unschlagbare Vorteil der klassischen Rundzelle, für den die meisten Hersteller ihre Nachteile billigend in Kauf genommen haben.