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Ungelesen 17.12.2018, 16:04   #21
oldcar
Aktive Alpinafreunde
AW: Akkus für E-Mobile, Märkte - Trends - Forschung

Etwas Orientierung ( Teil IV )

Batterien werden stets absoluter Dreh-und Angel-Punkt der E-Mobilität bleiben.
Anzunehmen ist, daß Zellen-Technologien temporär noch schneller veralten als wir es von Hard- und Soft-Ware aus der Elektronik bereits gewohnt sind.
Wer demnächst elektrisch unterwegs sein will sollte einen zeitnah bevorstehender Technologie-Sprung einschätzen können.
Prospektenangaben beschränken sich idR auf Kategorie, Kapazität, Reichweite und unzulängliche Garantie-Angaben.
Wichtige Details wie z.B. zur C-Rate fehlen, oder es werden zu hohe Werte angesetzt….
https://oscarliang.com/lipo-battery-c-rating/
…..da muß man sich also anderweitig informieren.

Weitere wichtige Größen :

Gravimetrische Energiedichte in Kilowattstunden pro Kilogramm (kWh/kg).
Volumetrische Energiedichte in Kilowattstunden pro Liter (kWh/L) angegeben.
Die Energie-Dichte ist maßgebend für die Reichweite.

Gravimetrische Leistungsdichte in Watt pro Kilogramm (W/kg).
Volumetrische Leistungsdichte in Watt pro Liter (W/L).
Die Leistungsdichte ist maßgebend für das Beschleunigungs-Vermögen.


Beim Recherchieren
sollte beachtet werden, daß ein Groß-Teil der proklamierten Fortschritte speziell auf Primär-Batterien entfällt,
und dieser (oft kaum abzugrenzende) Teil nicht einen Topf mit Fahrzeug-Batterien zu werfen ist.
Primär-Batterien bestehen aus Zellen welche nach dem Zusammenfügen bereits geladen und nicht wiederaufladbar sind.
Sekundär-Batterie ist die technisch korrekte Bezeichnung für alle wieder aufladbare Batterien.
Als Such-Begriffe sind diese Bezeichnungen leider nicht nicht so zielführend wie wünschenswert. Suchmaschinen sind eben auch schon mal doof.

Auch noch zu beachten: Lithium-Polymer-Batterie ist kein Begriff einer eigenständige Zellchemie.
(Alles was hierunter kursiert fällt unter die Kategorie LIB )

Eine breite Wissens-Grundlage über das Alles wird hier geboten :
https://www.batterieforum-deutschlan...ie-kompendium/

Einiges über die Metall-Ionen-Batterien

Metall-Ionen wandern bei Entladung von der Anode in den Elektrolyten und weiter durch den Separator zur Kathode, wo sie eingelagert werden.
Für jedes eingelagerte Metall-Ion nimmt das Kathodenmaterial so viele Elektronen auf, wie zum Ladungsausgleich nötig sind.
Durch die entzogenen Elektronen wird die Anode oxidiert und je nach Anzahl der fehlenden Elektronen werden Metall-Ionen in den Elektrolyten freigesetzt.
Der in Gang gesetzte Elektronen-Fluss ist die Ursache des elektrischen Stromes.
Beim Laden vollzieht sich der umgekehrte Prozess.
______________________________________________

Aluminium-Ionen-Batterien (AIB )
In der Theorie bei gleicher Kapazität viermal kleiner als Lithium-Ionen-Batterien
Daraus ergeben sich deutlich höhere Leistungsdichten, Lebensdauer und geringen Kosten für die benötigten Rohstoffe.
Das trifft auch zu auf
Natrium-Ionen- und Magnesium-Ionen-Batterien ( NIM )
Von den AIB- und NIM- Typen hat jedoch noch keiner die Experimentier Phase verlassen.
Erforscht werden geeignete Kathodenmaterialien und passende Elektrolyten.

Lithium-Ionen-Batterien ( LIB ) haben sich bislang als einzigste kommerziell durchgesetzt.
Es gibt dutzende Elektroden-Materialien. Je nachdem welche man als Anode und Kathode kombiniert, erschließen sich diverse Anwendungen.
Deshalb ist es üblich das Kathoden- und Anodenmaterial zu nennen

LIB-Anoden bestehen aus einem Stromableiter (meist Kupfer-Folien), mit einer dünnen Schicht an Aktivmaterial,
Anoden-Materialien der LIB sind :
Graphit ( C ), Lithium-Titan-Oxid ( LTO ), Silicium-Kohlenstoff-Komposite ( SiC ), und Lithium-Metall
und weitere besondere Komponenten – etwa, wenn ein Festkörper-Elektrolyt statt einem flüssigen Elektrolyten verwendet wird.

LIB-Kathoden bestehen aus einem Stromableiter (meist Aluminium-Folien),
mit einer dünnnen Schicht an Aktivmaterial, in dem die Lithium-Ionen gespeichert werden können.
Kathoden-Materialien der LIB sind :
Lithium-Cobalt-Oxid (LCO), Lithium-Nickel-Cobalt-Mangan (NMC), Lithium-Eisen-Phosphat (LFP )
Lithium-Nickel-Cobalt-Aluminium-Oxid (NCA)
______________________________________________

NCA Kathoden : Seit 20 Jahren als Kathodenmaterial verfügbar.
Wie NMC weist es eine hohe spezifische Energiedichte auf, eine gute Leistung und eine hohe Lebensdauer.
Neu ist die Verwendung von dreiwertigen Aluminium-Ion (Al3+)
Hier sind es drei Elektronen gegenüber einwertigem Lithium- (Li+) oder Natrium-Ion (Na+)
mit nur jeweils Elektron, die einen dreifachen Ladungstransport ermöglicht.
Al3+ hat deshalb ein hohes Entwicklung-Potential.

LCO-Kathoden ermöglichen hohe Energiedichte bei mäßiger Zyklen-Festigkeit, obligatorische Batterie-Schutzschaltungen
limitieren die Lade- und Entlade-Raten aus Sicherheitsgründen auf 1C. Keine 1. Wahl als Fahrzeugbatterie.

NMC-Kathoden
finden Verwendung in 18650er Zellen, für moderate Ladebedingungenmit Kapazitäten von 2.800 mAh, und gut für bis zu 5 A.
Der gleiche Zelltyp lässt sich aber auch für Entladeströme von 20 A optimieren, bei dann aber nur noch rund 2.000 mAh.
NMC-Kathoden sind derzeit Bestandteil der erfolgreichsten Lithium-Ionen-Systeme.
Der Erfolg liegt in der Kombination von Nickel und Mangan begründet. Nickel bringt hohe spezifische Energiedichte , ist aber eher instabil.
Mangan bringt stabile sogenannte Spinell-Strukturen und niedrige Innenwiderstände. Chemisch zusammengeführt reduzieren die Metalle gegenseitig ihre Schwächen.
Zur Erhöhung der Energiedichte wurden von der Industrie (nickelrich) NMC-Materialien in verschieden Varianten entwickelt (5:3:1, 6:2:2 und 8:1:1 )
Davon hat 6:2:2-NMC bereits die Marktreife erreicht.
In Kombination mit Anoden auf Silicium-Basis sind Kapazitäten bis über 4.000 mAh erreichbar.
Zur Zeit müßten dafür noch kürzere Lebenszeiten und schlechteren Ladeleistungen in Kauf genommen werden.
Viele Projekte arbeiten aber daran, diese Nachteile zu verbessern. So gibt es umfangreiche Bemühungen NMC-Kathoden bis zu 4,4 V und höher aufladen zu können.
Neue Elektrolyte und Additive müssen dafür gefunden werden, herkömmliche Elektrolyte sind in diesem Spannungsbereich nicht mehr stabil.
_________________________________________________

LTO-Anoden bieten gegenüber C-Anoden höhere Entlade-Rate, haben idR Überlade-Schutz bei vergleichbarer Energiedichte ( etwa 80-120 Wh/kg )
Im Vergleich mit NiCd-Zellen ( die 2009 in der EU verboten wurde ) konnte die Energiedichte damit fast verdoppelt werden.
Sie liegt damit mindestens gleichauf mit den im Consumer-Bereich üblichen NiMH-Batterien
https://de.wikipedia.org/wiki/Nickel...espeicher2.svg

SiC-Komposite-Anoden bietet etwa dreifache Energiedichte gegenüber Graphit. ( z.Z. etwa 220-250 Wh/kg )
Silicium dehnt sich stark bei Beladung. Bei der Entladung schrumpft es wieder. Nach einigen Zyklen wären die dünnen Silicium-Schichten pulverisiert.
Das Problem dieser Typen besteht also darin daß die Standfestigkeit mit dem steigendem Anteil an Silizium abnimmt.
Trotz intensiver Forschung ist Silizium deshalb bislang nur bis zu einem kleinerem Anteil im Aktivmaterial der Anode enthalten.
Um den Anteil zu erhöhen und die Ausdehnung beherrschen zu können, formt man das Silicium zu winzigen Drähten (Projekt PorSSi der BMBF-Förderung 2020)
So erzielt man Freiraum für die Ausdehnung. Auch Im Projekt ProSiSt sucht man im Prinzip mehr Raum zum „Atmen” .
Es wurde ein Beschichtungs-Prozess entwickeln, um das Silicium auf die Ableiter-Folien aufzutragen. Auf der Silicium-Schicht werden dann
Leerraum-Strukturen per Laser oder Ätz-Verfahren eingebracht.

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Nicht zu den Fahrzeug-Batterien aber ebenfalls zu den Metall-Ionen-Batterien zählt ein bestimmter Bereich ( Nanofluids) der
Redox-Flow-Batterien ( RFB )
RFB werden seit den 1970er Jahren entwickelt.
Das Verfahren zur Speicherung von Strom in Flüssigkeiten wurde 1949 von Walther Kangro ( Uni Braunschweig ) patentiert.
Es eignet sich als stationärer Energiespeicher (Backup-Power, Lastmanagement), auf Verteilernetz-Ebene,
denn die elektroaktiven Materialien (Elektrolyte) lassen sich in externen Tanks speichern.
Forschungsanstrengungen konzentrieren sich derzeit vor allem auf die Suche nach neuen Elektrolyt-Systemen für höhere Leistung,
und Membran-Entwicklung für geringere Wartungskosten.
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Ungelesen 21.12.2018, 15:00   #22
oldcar
Aktive Alpinafreunde
AW: Akkus für E-Mobile, Märkte - Trends - Forschung

Stand der Zellen-Fertigung zum Ende des Jahres :
Altmeiers Förderungstöpfe sind da offensichtlich nur Peanuts.



https://www.automobil-industrie.voge...F596A91525C8D3
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Ungelesen 26.12.2018, 06:35   #23
oldcar
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AW: Akkus für E-Mobile, Märkte - Trends - Forschung

Szenario 2050: Wanted: Post-Lithium-Systeme ( Teil V )
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Ungelesen 30.12.2018, 09:42   #24
oldcar
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AW: Akkus für E-Mobile, Märkte - Trends - Forschung

#21 : Jetzt war mal wieder mein Text weg.


Wichtige Kennwerte und Eigenschaften von Lithium-Zellen


https://www.itwissen.info/lex-images...mion-akkus.png
Beim Lithium-Ionen-Akku besteht die Anode aus einer Kupferfolie, die mit Kohle oder einer Graphit-Verbindung beschichtet ist.
Lithium-Ionen-Akkus unterscheiden sich hauptsächlich im Kathodenwerkstoff, der Kobalt, Mangan, Nickel-Kobalt, Nickel-Kobalt-Mangan (NKM), Eisenphosphat oder Titanat sein kann.
Die verschiedenen Kathodenwerkstoffe bewirken unterschiedliche Energiedichten, Leistungsdichten, Nennspannungen und Ladezyklen.
Bei Kobalt reichen die Werte für die Energiedichte bis zu 190 Wh/kg, bei Mangan bis 120 Wh/kg und bei Nickel-Kobalt-Mangan (NKM) bis 130 Wh/kg.



Elektrolyte von verschiedenen Akkus
https://www.itwissen.info/lex-images...enen-akkus.png
Der zwischen den Elektrode liegende Elektrolyt ist ein gelöstes Lithium-Salz.

Elektrolyte sind feste, flüssige oder gel-artige chemische Substanzen, die Ionen aufnehmen, abgeben und in hinreichendem Maße transportieren können.
Elektrolyte bewirken den internen Ionen-Transport zwischen der Anode und der Kathode, sie können Ionen leiten, nicht aber Elektronen.
Betrachtet man den gesamten Schaltkreis, so fließt von der angeschlossenen Schaltung ein Elektronenstrom zur Kathode, von dieser über den Elektrolyt zur Anode.
Der Stromfluss über den Elektrolyt erfolgt mittels Kationen und Anionen.
Je nachdem ob der Elektrolyt flüssig oder fest ist, spricht man von Lithium-Ionen-Akkus oder Lithium-Polymer-Akkus.
Die Energiedichte beträgt bei Lithium-Schwefel-Akkus bis zu 400 Wh/kg, bei Lithium-Luft-Akkus über 1 kWh/kg,
und bei Hochleistungs-Versionen zwischen 2 kW/kg und 4 kW/kg. Die Anzahl der Entlade- und Ladezyklen liegt bei nur etwa 1.500.


https://www.itwissen.info/Ladezustan...harge-SoC.html

State of Charge (SoC) und Depth of Discharge (DoD) bezeichnen den Ladezustand und den Entlade-Zustand, Fällt der eine Wert, steigt der andere und umgekehrt.
Der State-of-Charge-Wert spielt in derAutomotive-Technik eine wesentliche Rolle.
Methoden zur Bestimmung des Ladezustands sind: die chemische, spannungsmäßige, Strom-integrative, druckabhängige und die Messung der Impedanz.
Die chemische Methode basiert auf der Messung des pH-Wertes und kann nur dann eingesetzt werden, wenn das Elektrolyt flüssig ist.
Die Methode der Spannungs-Messung basiert auf einer vorgegebene Entladekurve.
Bei der stromintegrativen Methode wird der SoC-Wert aus dem Coulomb-Wert bestimmt, und zwar über den Batteriestrom während einer Integrationszeit.
Die Methode über die Druck funktioniert nur bei NIMH-Akkus, bei denen der interne Druck mit dem Ladezustand ansteigt.
Der Ladezustand wird vom Batterie-Managment-System ausgewertet und fließt in den Regelmechanismus ein.

https://www.itwissen.info/lex-images...tladestrom.png
Ladung und Lebens-Dauer von Lithium-Ionen-Akkus
Geladen wird ab der Tiefentlade-Schwelle nach dem IU-Ladeverfahren mit konstantem Strom, und zwar bis zum Erreichen der Nennspannung.
Danach werden sie mit einer konstanten Spannung weitergeladen. Liegt der Ladezustand unterhalb der Tiefentlade-Schwelle,
dann wird der Akku mit geringer Stromstärke bis zum Erreichen der Mindestspannung geladen.
Ein üblicher Ladefaktor liegt bei C =1,4. Was bedeutet die C-Rate ? http://www.mfg-milan.de/dokumente/c_rate.pdf

Die Höhe der C-Rate beim Laden und Entladen und die Betriebs-Temperaturen haben einen starken Einfluß auf die Anzahl der erreichbaren Zyklen.
In Notebooks, Handys etc Lithium-Ionen-Akkus kann neuerdings eine Lebensdauer bis 20.000 Lade-Zyklen erreicht werden.
In Elektro-Fahrzeugen, mit den dort praktizierten deutlich höheren C-Raten, sind etwa 10.000 Lade-Zyklen realistisch,
bis die Kapazität-Grenze von 80% unterschritten wird.
Entladezeiten von LiIon- und NiMH-Akkus bei konstantem Entladestrom


https://www.itwissen.info/lex-images...tladestrom.png

Kennzeichnung von Lithium-Zellen

Kennzeichnung von Lithium-Ionen-Akkus

Für die Kennzeichnung der Akkus gibt es ein von japanischen Firmen eingeführtes Bezeichnungssystem, das aus drei Buchstaben und einer fünfstelligen Ziffer besteht.
Der erste Buchstabe steht für Lithium (I), der zweite für Kobalt (C), Mangan (M) oder Eisenphosphat (F), und der dritte für recharchable (R).
Die folgenden Ziffern gelten für Rundzellen und geben den Durchmesser und die Höhe in Millimeter an.
Dementsprechend gibt es vielfältige Größenversionen mit Durchmessern zwischen 10 mm, über 14 mm, 17 mm und 18 mm und Längen zwischen 33 mm bis 65 mm.

https://www.itwissen.info/Lithium-Io...ery-LiIon.html
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Ungelesen 12.01.2019, 10:51   #25
oldcar
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AW: Akkus für E-Mobile, Märkte - Trends - Forschung

Szenario 2050, wanted: Post-Lithium-Systeme



Lithium und Kobalt werden knapp
„Um diese Risiken zu verringern und den Druck auf die Reserven von Kobalt und Lithium zu reduzieren,
ist es unerlässlich, die Forschungsaktivitäten auf alternative Batterietechnologien auszuweiten“,
sagt Daniel Buchholz.
Er hat in einer Studie für das Helmholtz Instituts Ulm die Verfügbarkeit von Lithium und Kobalt untersucht.
„Post-Lithium-Systeme sind besonders attraktiv für die Elektromobilität und stationäre Anwendungen.
Daher ist es äußerst wichtig und dringend, ihr Potenzial auszuschöpfen und zur Marktreife zu entwickeln"
,
betont Stefano Passerini, stellvertretender Direktor des Helmholtz Instituts Ulm.
Einige der vielversprechenden Materialien sind: Natrium-Schwefel, Silizium, Zink-Mangan, Aluminium.
Das Schaubild unten zeigt beispielsweise wohin die Reise mit den Zellen gehen soll.

PC143838LI-ion 1.jpg..jpg


Das Ragone-Diagramm (unten) veranschaulicht die hohe Flexibilität der Li-Ion-Zelle, auch in Bezug auf die spezifische Leistung.
Im Bereich der sehr hohen Leistung sind entsprechende Abstriche bei den zu erwartenden Lade/Entlade-Zyklen in Kauf zu nehmen.
Auch beachtenswert : Selbst der Blei-Akku hat hinsichtlich der spezifische Leistung noch Entwicklung-Potential.
Die dargestellten Bereiche gelten nicht für einzelne Zellen, sondern komplette Batterien.
PC233840LI-ion 2.jpg


Die Tabelle unten vermittelt für wichtige Parameter und Kosten den gegenwärtigen Stand.
PC273854LI-ion 3.jpg



Das Diagramm vermittelt die aktuelle und künftige Wettbewerbs-Fähigkeit
verschiedener Batterie-Systeme.


PC273857LI-ion 4.jpg
Angehängte Grafiken
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Dateityp: jpg PC273854LI-ion 3.jpg (82,8 KB, 7x aufgerufen)
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Ungelesen 13.01.2019, 16:38   #26
oldcar
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AW: Akkus für E-Mobile, Märkte - Trends - Forschung

Batterie-Module für Pkw:

Sicherheit, Standzeit, Ladezeit, Beschleunigung-Vermögen der Antriebs-Batterie hängen im hohen Maß auch von
der Technik der Batterie-Module und den Batterie-Management-Systemen (BMS) ab.
Völlig neue Bus-Systeme und Sensoren stehen vor der Produktions-Reife und bieten demnächst aktiven Zugriff
auf die Zellen. Theoretisch lassen sich dann auch Widerstands-Differenzen der Reihen-Schaltungen,
( Ursache zusätzlicher lokale Erwärmung durch Ausgleich-Ströme ) gezielt unterbinden.
Viele Automobil-Produzenten arbeiten hier mit Hochdruck an einem eigenen Modul, aber auch Zulieferer haben sich schon länger warmgelaufen.
Wie zum
Beispiel FEV
http://smart-vehicle.fev.com/de/#battery

Die FEV (Forschungsgesellschaft für Energietechnik und Verbrennungsmotoren) hat eine honorige Geschichte,
sie wurde 1978 von Prof. Franz Pischinger gegründet, dem damaligen Leiter des Lehrstuhles für Angewandte Thermodynamik an der RWTH Aachen.
https://www.fev.com/de/ueber-fev/firmengeschichte.html

Zitat : “FEV bietet die Entwicklung ganzer Batteriesysteme an, einschließlich Batterie-Management-Systemen und Batterieprüfung.
Dabei können wir sowohl auf Standardmodule und unser eigenes BMS (FEV LiiONMAN) zurückgreifen,
stehen aber auch für vollständige Produktneuentwicklung zur Verfügung.
Innerhalb der Sicherheitsagenda nach ISO 26262 werden alle erforderlichen Schritte erbracht,
von der technischen Spezifikation über Zeitplanung, Durchführung und Dokumentation von Validierungs-Aktivitäten,
sowie Prüfung der sicherheitsrelevanten Teile.“


Bild 5 :
PC273842LI-ion 5.jpg
FEVeesy: Kombinierte Leistungs- und Energiezellen
Kombination von Leistungs- und Energiezellen mittels eines kostengünstigen Stromreglers.
Im Gegensatz zu konventionellen Plug-In-Batterien mit vergleichbarer Leistung und Energiebedarf, bietet FEVeesy Vorteile bzgl. Package, Gewicht und Kosten.
* Kapazität: 10,5 kWh
* Leistung 100 kW (10 Sekunden) / 32 + 8 kW (konstant)
* Leistungsdichte (pack level): 800 W / kg
* Energiedichte (pack level): 82 Wh / kg
* Gewicht: 125 kg
* pack level): 800 W / kg
* Energiedichte (pack level): 82 Wh / kg
* Gewicht: 125 kg

Bild 6 :

PC273843LI-ion 6.jpg
Die flüssigkeitsgekühlte Hochleistungsbatterie für PHEV verfügt über ein innovatives Kühlkonzept kombiniert mit einem modularen Design.
Ein neues Feature des Batteriedesigns : Keine Kühlflüssigkeit zwischen den Zellen und somit Leckagen innerhalb des Batteriegehäuses ausgeschlossen.
* Spitzenleistung: 200 kW
* 80 kW Dauerleistung
* 10,4 kWh Kapazität
* Speicherzellen
* Optimiertes Package
* Integriertes FEV-Batteriemanagementsystem
* Monitoring von Zellspannung und -temperatur
* Zellausgleich



Beispiel Audi E-tron
Zwischen den Achsen sitzt das Batteriesystem, 95 kWh
432 LG Chem - Lithium-Ionenzellen im Pouch-Format (übersetzt: Beutel),
sind in 36 Modulen zu je zwölf Einzelzellen zusammengefasst. Die Spannung liegt bei knapp 400 Volt.
Audi verwendet weder den Modularen Elektrifizierungs-Baukasten (MEB) von Volkswagen,
und noch die gemeinsame Premium Platform Electric (PPE) von Porsche. Der e-tron hat eine individuelle Lösung.
Das 700 Kilogramm schwere Batteriesystem ist 2,28 Meter lang und 1,63 Meter breit.
Unter der Rücksitzbank ist über der unteren Lage von Zellen eine zweite gestapelt; hieraus ergibt sich eine Höhe von 34 Zentimetern.

Es kommt bei Pouch-Zellen auch bei regulärem Betrieb durch die Alterung und ohne technischen Defekt zu einem leichten Aufblähen der Zellen.[5]
Dieser Umstand muss bei der Konstruktion des umschließenden Gehäuses beachtet werden.
Bei einem elektrischen Kurzschluss oder mechanische Beschädigungen an der Zelle kann es zum Freisetzen von Gasen und zu einem deutlichen Aufblähen bzw. Platzen der Zellen kommen.

BILD 9 :
PC273845LI-ion 9.jpg
https://www.heise.de/autos/artikel/B...=bildergalerie




Bild 10 :
PC273846LI-ion 10.jpg (
https://www.heise.de/autos/artikel/B...=bildergalerie




Bild 11 :

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https://www.heise.de/autos/artikel/B...=bildergalerie
Angehängte Grafiken
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Dateityp: jpg PC273845LI-ion 9.jpg (85,6 KB, 3x aufgerufen)
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Ungelesen 21.01.2019, 10:45   #27
oldcar
Aktive Alpinafreunde
AW: Akkus für E-Mobile, Märkte - Trends - Forschung

LIB-Zellen werden die E-Mobilität noch lange dominieren.


Mit Blick auf die Zellen-Formate produziert z . B . Samsung seine (NMC-basierten) Zellen insbesondere in prismatischer Form (z . B . im BMW i3 verbaut),
während LG-Chem diese (ebenso NMC-basierten Zellen) noch vornehmlich als Pouch fertigt (z . B . im Renault ZOE verbaut).
Panasonic stellt seine (NCA-basierten) Zellen in zylindrischer (18650er) Form her
und wird mit der ab 2017 im 21700er-Format in der (Nevada, USA) produzierten Zelle bis 2025 sukzessive auf NMC umstellen (Tesla Model S, Model 3 etc )
Bei der Zellen-Chemie chinesischer Batteriehersteller (wie z . B . Lishen Tianjin, BYD)
handelt es sich wiederum heute noch überwiegend um LFP-basierte Zellen.
Aber auch chinesische Zellen-Hersteller wollen bis 2020 zunehmend auf NMC-basierte Zellen umsteigen.
Für Rund-Zellen und Pouch-Formate wird eine Zunahme der Energie-Dichte von 240 bis 340 Wh/Kg erwartet.

Bild 1a/1b: Vielfalt der Entwicklung-Stränge
Ausgehend von am Markt etablierten und bereits in Fahrzeugen integrierten Lithium-Ionen-Batterien,
zeigt sich ein sukzessiver Wechsel der Zellen-Komponenten hin zu Hochenergie-Materialien (lithium-basiert)
und schließlich Feststoff-Batterien mit Li-Metall-Anoden und Hochenergie-Kathoden.
Die durchgezogenen Pfeile deuten dabei jeweils an, dass eine Komponente oder Zellen-Technologie nicht durch eine andere ersetzt wird,
sondern diese jeweils ausreifen, also optimiert werden, und in den Anwendungen diffundieren.
Es ergibt sich also eine evolutionäre Weiterentwicklung und Koexistenz lithium-basierter Batterie-Technologien.

Bild 1a
Bildschirmfoto 2019-01a-15 um 16.03.20.jpg
Bildschirmfoto 2019-01b-15 um 15.51.11.jpg


Kathodenseitig befinden sich nickelreiche Materialien (NMC 811) aktuell in der Qualifikation für Elektrofahrzeuge,
welche 2020 auf die Straße kommen. Höhere Ni-Anteile sind schwierig in Bezug auf die Sicherheit und Herstellbarkeit.
Der Markeintritt von Hochenergie-NMC könnte unter der Voraussetzung,
dass die Elektrolyt-Verfügbarkeit und Herausforderung bzgl der Lebensdauer überwunden werden in etwa ab dem Jahr 2025 erfolgen.

Anodenseitig wird heute Graphit verwendet und auch in absehbarer Zukunft eine Rolle spielen.
Si/C-Kompositen besteht der heutige Stand aus der Beimischung von 2 bis maximal 5 Prozent Siliciumoxid in Graphit.
Zwischen 2020 und 2025 könnte Kohlenstoff-Silicium (nano) mit einem Anteil von 5 Prozent auf den Markt kommen.
Der Silicium-Anteil könnte sukzessive gesteigert werden, abhängig von Entwicklungen auf Seiten der Kathode,
Langfristig dürften Materialien mit einem Anteil von bis zu 20 Prozent verfügbar sein.
Ein weiterer Bedarf besteht in der Entwicklung geeigneter Elektrolyte.
Ein anderer Ansatz, der ebenfalls in diesem langfristigen Zeitrahmen relevant werden könnte, ist reines Nano-Silicium .
Die Messung der Temperatur der Zellen bedingt bis dato eine aufwändige Verkabelung
und die direkte physische Verbindung eines Temperatursensors (z . B . NTC) mit den Zellen .
Durch sensorlose Temperaur-Bestimmung kann der Zustand einer einzelnen Zelle genauer bestimmt werden.
Dadurch wird das Batteriesystem besser überwacht. Eine Eignung ist grundsätzlich für alle Zell-Formate gegeben.
Der Reifegrad dieses Ansatzes liegt aktuell noch im Bereich der Grundlagenforschung.
Der Markteintritt dürfte daher eher erst mittelfristig zwischen 2020 und 2025 erfolgen.


2nd-Life-Geschäftsmodell :
Aktuelle Auslegungen der Batterie-Systemen sind nur für eine Anwendung also mobil oder stationär zu nutzen.
Es gibt zwar OEMs, die ihre automotive Batterien auch im stationären Bereich nutzen, jedoch sind die Batterien hierzu nicht ausgelegt bzw optimiert.
Für eine erweiterte Anwendung mobiler Batterie-Systeme müßten zusätzlich Anforderungen für den stationären Bereich erfüllt werden,
wie etwa eine Lebensdauer von 20 Jahren und 24 Stunden-Betrieb.
Von besonderer Relevanz hierfür wäre neben der sensorlose Temperaur-Bestimmung, eine Gesamtstrom-Messung mit 2–3 verschiedenen physikalischen Messbereichen,
und die Online-Elektrochemische Impedanz-Spektroskopie.
Das steckt jedoch noch in den Kinderschuhen.


Bild 2 : Entwicklung der Energie-Dichten
Erst in den kommenden Jahren werden gemäß der Entwicklungspläne weltweiter Zellen-Hersteller nickelreiche Hochenergie-Kathoden (NMC 811)
und zugleich Hochkapazitäts-Anoden (Si/C mit mehr als 5 Prozent Si-Anteil) produziert.
Bis dahin sind Abnehmer an Zuliefer-Verträge gebunden und werden erst sukzessive die neuen, optimierten Zellen verbauen können.
Zylindrische 18650er-Zellen dürften von heute max. 270 Wh/kg zukünftig 300 Wh/kg erreichen.
Mit den größeren 21700er-Zellen wird erwartet 350 Wh/kg zu erreichen.
Großformatige Pouch und prismatische Zellen liegen heute noch bei 150–180 Wh/kg (Pouch) bzw 120–140 Wh/kg (prismatisch)
und dürften ebenfalls langfristig 350 Wh/kg erreichen

Bildschirmfoto 2019-02-15 um 15.38.47.jpg




Bild 3 : Entwicklung der Kosten
Marktstudien gehen von Zellkosten für zylindrische Panasonic-Zellen von etwa 115 €/kWh und bis 2020–2025 von 75 bis unter 70 €/kWh aus
Für großformatige Pouch und prismatische Zellen von derzeit bei 200–300 €/kWh unter 100 €/kWh
Bildschirmfoto 2019-03-15 um 15.42.54.jpg




Bild 4 : Produktions-Kapazitäten in Europa
Mit den bereits erwähnten Zellen-Produktion-Kapazitäten in Europa dürfte trotz TerraE (DE, 34 GWh bis 2028)
und Northvolt (SW, 32 GWh bis 2025) sowie dem Ausbau durch LG Chem in Polen sowie SDI und SKI in Ungarn
insgesamt nur ca. 12 Prozent der globalen Batteriezellen-Produktion erreicht werden.
Damit ließe sich jedoch gerade die Hälfte der bis dahin entstehenden Nachfrage abdecken.
Bildschirmfoto 2019-04-18 um 12.02.26.jpg



Quelle : https://www.isi.fraunhofer.de/conten...ember-2017.pdf
Angehängte Grafiken
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Ungelesen 29.01.2019, 11:26   #28
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Aktive Alpinafreunde
AW: Akkus für E-Mobile, Märkte - Trends - Forschung

Feststoff-Batterien haben einen Großteil ihrer Entwicklungs-Phase noch vor sich,
allerdings gibt es erste Start-Ups mit eingeschränkten Produktion-Zielen

Der Pionier der Feststoff-Zelle John Goodenough
stellte 2017 im Alter von 94 Jahren gemeinsam mit M. H. Braga, N. S. Grundish und A. J. Murchison ein Konzept für einen neuen Akku vor.
Dieser basiert auf Glas als Elektrolyt und ersetzt Lithium durch das wesentlich günstigere, besser verfügbare und umweltfreundlichere Natrium.
Der Akku könne durch eine höhere Dichte mehr Energie speichern und sei sicherer und kostengünstiger als herkömmliche Lithium-Ionen-Akkus.
https://news.utexas.edu/2017/02/28/g...ry-technology/
John Goodenough developed the first all-solid-state battery cells that could lead to safer, faster-charging, longer-lasting rechargeable batteries.
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Viele der Sicherheitsrisiken in Lithium-Ionen-Batterien gehen von der Verwendung flüssiger, leicht entzündlicher oder explosiver Elektrolyte aus.
Auch materialspezifische Beschränkungen, wie die Löslichkeit verschiedener Kationen,
oder die Begrenzung des für elektrochemische Reaktionen zugänglichen Spannungs-Fensters,
sind mit den Eigenschaften der organischen Lösungsmittel verknüpft die gegenwärtig noch für Elektrolyte verwendet werden.

Mit Feststoff-Elektrolyten können diese Limitierungen überwunden, und darüber hinaus Leistungsparameter verbessern werden.
Kleinere Chargen an Feststoff-Batterien kommen bereits zur Anwendung, für einen Durchbruch sind jedoch die Produktion-Techniken erst noch zu entwickeln
Vor dem Einsatz in Elektrofahrzeugen wird vermutlich zunächst ein Einsatz im Konsumer-Markt erfolgen und erst anschließend die Übertragung ins Fahrzeug.
Zudem werden für den Masseneinsatz in Elektroautos eher hybride und keramische Feststoffbatterien als geeignete Lösungen eingeschätzt,
polymere Feststoff-Batterien werden eher in Spezialfahrzeugen gesehen.
Somit dürften sich Feststoff-Systeme in EV-Anwendungen erst ab 2030 etablieren und dann im Markt diffundieren.

Solid-State-Batterien sind prinzipiell hervorragende Energiespeicher“,
erklärt der US-Material-Wissenschaftler Gerd Ceder, Lawrence Berkeley National Lab.,
machen in der Praxis jedoch große Probleme.
Ich bin immer noch optimistisch, das Produkt könnte tatsächlich irgendwann aussehen wie die ideale Batterie.
Allerdings : Solid-State-Elektrolyten sind noch nicht ausreichend stabil
und bislang hat noch niemand eine wirklich gute Methode für die Produktion solcher Batterien vorgeschlagen.
Man kann sie im Labor herstellen, und manche Unternehmen produzieren sogar Prototypen, aber das beweist nur,
dass es grundsätzlich funktioniert, nicht die Wirtschaftlichkeit."

https://www.heise.de/tr/artikel/Akku...t-4170083.html


Elektrolyte: fest versus flüssig
Feststoff-Elektrolyte auf Keramikbasis sind nicht nur entflammsicher,
sondern auch teilweise leitfähiger als flüssige Elektrolyte und bieten daher auch bei tieferen Temperaturen eine gute Funktion.
Elektrolyte auf Oxid- und Polymerbasis hingegen weisen heute noch eine eingeschränkte Ionenleitfähigkeit bei Umgebungstemperatur auf
und sind auf ein aktives Temperaturmanagement angewiesen.
Dieser Nachteil könnte auch Bosch dazu bewogen haben, das Start-up SEEO wieder zu verkaufen, welches das Unternehmen erst 2015 erworben hatte.
SEEO gilt als Spezialist für Feststoff-Batteriezellen mit Polymer-Elektrolyt.
Offiziell gibt Bosch zu große wirtschaftliche Unwägbarkeiten bei Fertigung und Wettbewerb als Verkaufsgrund an.
https://www.automobil-industrie.voge...zial-a-718982/

Mystery : Who Will Win the Race for an EV Solid-State Battery ?
Unfortunately, the characteristics of a solid-state battery for EV use can’t be described yet,
because no one has produced such a battery of the appropriate size and cost for an electric vehicle.
https://www.powerelectronics.com/aut...-state-battery


Modellierung von All-Solid-State-Batterien
Universität des Landes Baden - Württemberg und nationales Forschungszentrum in der Helmholtz - Gemeinschaft
https://www.iam.kit.edu/wet/plainhtm...dout_PB_DE.pdf

Mitsubishi und Allianz-Partner Nissan und Renault
https://cleartechnology.nl/mitsubish...ktrische-auto/
Mitsubishi und Allianz-Partner Nissan und Renault legen Milliarde-Fond auf zur von Entwicklung solid-state-Zellen,
und wollen bis 2022 erste Modelle damit ausrüsten. dabei soll solid polymer electrolyte material der US-Firma ionicmaterials
zum Einsatz kommen.
https://ionicmaterials.com/the-solution/

NEDO-Konsortium Japan
https://www.gtai.de/GTAI/Navigation/...d=1948658.html
Im Rennen um Festkörper-Batterien als effiziente und effektive Alternative zu den herkömmlichen Lithium-Ionen-Batterien auf flüssiger Elektrolyt-Basis
wollen Japans Branchenunternehmen möglichst schnell Resultate erzielen.

Im Juni 2018 hat ein Konsortium aus 23 Unternehmen und die staatliche New Energy and Industrial Technology Development Organization (NEDO)
ein Projekt begonnen, um die Entwicklung von Festkörper-Batterien gemeinsam voranzutreiben.
Zum Konsortium gehören sowohl die großen Kfz-Hersteller als auch die Batterieproduzenten sowie Werkstoff- und Komponentenlieferanten.
Gegenwärtig halten japanische Unternehmen laut NEDO bereits die meisten Patente für Festkörper-Batterien,
darunter soll Toyota der führende Patent-Anmelder sein. Zudem gehört bei spezialisierten Werkstoffen für Batterien ebenfalls eine Reihe japanischer Unternehmen
wie Asahi Kasei, Toda Kogyo, Sumitomo Chemical, Mitsubishi Chemical oder auch Toray international zu den wichtigsten Lieferanten.

Festkörperakku: Fraunhofer Institut entwickelt effizienteren Akku
https://aiomag.de/festkoerperakku-fr...eren-akku-9003

Feststoff-Akkus: China startet Serienproduktion
https://www.automobil-industrie.voge...F596A91525C8D3

Hauptnachteil von Festkörper-Akkus scheint gelöst – Studie lässt dies vermuten
https://www.elektroauto-news.net/201...rakkus-geloest

Das Forschungszentrums Jülich
hat nach eigenen Angaben den Durchbruch auf dem Weg zur Praxistauglichkeit von Festkörper-Batterien gefunden.
Lade- und Entlade-Ströme wurden um den Faktor 10 erhöht.
https://www.automobilwoche.de/articl...erper-batterie

VW und QuantumScape wollen Festkörper-Batterien in Großserie produzieren
Nach der Genehmigung durch das US-Kontrollgremium CFIUS hat VW die Anteils-Erhöhung an dem kalifornischen Technologieunternehmen
QuantumScape abgeschlossen und werden damit größter Anteilseigner.
QuantumScape mit Sitz in San José im US-Bundesstaat Kalifornien hält über 200 Patente und Patentanträge für Festkörper-Batteriezellen.
https://ecomento.de/2018/09/13/volks...abgeschlossen/
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Ungelesen 29.01.2019, 11:38   #29
MeikB3
Aktive Alpinafreunde
AW: Akkus für E-Mobile, Märkte - Trends - Forschung

Vielen Dank meinerseits für deine Ausarbeitung dieses komplexen Stoffes
Damit ist es einem Laien wie mir um einiges einfacher, die Zusammenhänge oder den Umfang des "Fortschritts" in div. Themenbereichen zu erahnen

Gerne würde ich mich mal mit einem Praktiker über das Thema Elektromobilität im Bereich KFZ etwas austauschen, da mich div. Berichte und auch Gespräche im persönlichen Bereich etwas neugierig gemacht haben.

Wer kennt sich denn aktuell mit diesem Thema in der Praxis aus und könnte mir von seinen persönlichen Erfahrungen erzählen und bei einem Telefonat div. Fragen ggf. beantworten?
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Ungelesen 01.04.2019, 10:55   #30
oldcar
Aktive Alpinafreunde
AW: Akkus für E-Mobile, Märkte - Trends - Forschung

Hannover Messe 2019


Zur Hannover Messe zeigt das Münchener Start-up Twaice eine Software, die digitale Zwillinge von Lithium-Ionen-Batterien erstellt.
Damit wird Batterie-Betreibern einen Einblick in das Innenleben ihres Akkus ermöglicht.
Bislang ist es kaum möglich, die genauen Abläufe in modernen Lithium-Ionen-Batterien zu verfolgen.
Um den Gesundheitszustand eines Akkus zu bestimmen, verarbeite die Twaice-Software viele Faktoren, die sich auf Lebensdauer und Leistung auswirken.
Auch die Art und Weise, wie die Batterie geladen wird. Schnellladen, noch dazu bei Kälte, verschleißt die Chemie rascher als ein sanfter Ladeprozess.
Solche Alterungsfaktoren berücksichtige das Programm ebenso wie Wetter- und Geodaten.

https://www.automobil-industrie.voge...rien-a-814642/
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Ungelesen 04.04.2019, 15:58   #31
oldcar
Aktive Alpinafreunde
AW: Akkus für E-Mobile, Märkte - Trends - Forschung

Gibt es genügend Rohstoffe für die Herstellung der Batterien?
Wie sieht es mit der Reichweite aus und reicht die Lade-Infrastruktur überhaupt aus?

Ein Gespräch mit drei Experten.

WISO am 09.03.2019 veröffentlicht
https://www.youtube.com/watch?v=eQ4xrKiJqAU
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Ungelesen 15.04.2019, 07:47   #32
oldcar
Aktive Alpinafreunde
AW: Akkus für E-Mobile, Märkte - Trends - Forschung

Tesla und Panasonic stoppen Gigafactory-Ausbau

Das berichtet die japanische Wirtschaftszeitung Nikkei.
Bis heute haben Tesla und Panasonic 4,5 Milliarden US-Dollar in den Fabrik gesteckt.
Die Produktionskapazität liegt bei 35 Gigawatt-Stunden (GWh). Bis zum Jahr 2020 sollte dies ursprünglich auf 54 GWh steigen.
Da der Absatz aber unter Plan laufe, habe man sich darauf verständigt, dass ein entsprechendes Investment derzeit zu riskant wäre, schreibt Nikkei.
https://www.automobil-industrie.voge...F596A91525C8D3
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Ungelesen 03.05.2019, 09:06   #33
oldcar
Aktive Alpinafreunde
AW: Akkus für E-Mobile, Märkte - Trends - Forschung

Batterie-Produktion von PSA und Saft an OPEL-Standort in Deutschland geplant

Am 02. Mai wurde bekannt, dass die EU-Kommission es erlaubt habe,
dass die Batteriezellenfertigung in Europa mit bis zu 1,2 Milliarden Euro aus öffentlichen Geldern gefördert werden könnte.
Es sei allerdings zu bedenken, dass die nötigen Investitionen für ein solches Vorhaben insgesamt auf fünf bis sechs Milliarden Euro anwachsen kann.
Der Löwenanteil müsse daher von den Unternehmen selbst gestemmt werden.
„Es ist ein Projekt, das es in dieser Form noch nicht gegeben hat“, sagte Altmaier.
Als möglicher Standort ist Opels Komponenten-Werk Kaiserslautern im Gespräch.
https://www.elektroauto-news.net/201...-opel-standort
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Ungelesen 08.05.2019, 15:14   #34
oldcar
Aktive Alpinafreunde
AW: Akkus für E-Mobile, Märkte - Trends - Forschung

Recyceln von Traktionsbatterien.

mehr als 40 % der weltweiten Kobaltproduktion wird für die Herstellung von Lithium-Ionen-Batterien verwendet
Während Europas Batterierichtlinie eine Recyclingquote von 50 % fordert ist in China das Recycling von Traktionsbatterien bereits grundsätzlich vorgeschrieben..

Wer etwa den 33 kWh - Lithium-Ionen-Akkumulatorzerlegt, des aktuellen BMW i3 zerlegt
kann ca. 12 kg Kobalt 6 kg Lithium, 12 kg Mangan, 12 kg Nickel und 35 kg Grafit zurückgewinnen
95 US-Dollar gibt es derzeit allein pro kg Kobalt.

Quelle: MTZ 09 2018
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Ungelesen 15.05.2019, 16:05   #35
oldcar
Aktive Alpinafreunde
AW: Akkus für E-Mobile, Märkte - Trends - Forschung

Ein großes Werk für die Herstellung von Autobatterien mit einer Produktionskapazität von sechs bis zehn Gigawattstunden jährlich
soll bis Ende 2022 in Bitterfeld-Wolfen in Sachsen-Anhalt entstehen.
Dafür will das US-Unternehmen Farasis rund 600 Millionen Euro investieren, wie der Batterieproduzent
und der Wirtschaftsminister des Bundeslandes, Armin Willingmann (SPD), am Mittwoch (8. Mai) in Magdeburg mitteilten.
Rund 30 Millionen Euro kommen als Förderung vom Land. Mindestens 600 Arbeitsplätze sollen geschaffen werden.
https://www.automobil-industrie.voge...F596A91525C8D3




VW treibt den Umstieg in die E-Mobilität voran.

Der Aufsichtsrat beschloss am Montag, knapp eine Milliarde Euro in eine eigene Batteriezellfertigung zu investieren.
Standort sei Salzgitter, wo VW bereits über eine Pilotanlage für Batteriezellen unterhält.
Die Fertigung könnte in drei Jahren zunächst mit einem Jahresoutput von 10 GWh starten und diesen später auf 16 GWh erhöhen,
hieß es gestern Abend.
https://www.manager-magazin.de/unter...a-1267290.html
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Ungelesen 16.05.2019, 16:15   #36
oldcar
Aktive Alpinafreunde
AW: Akkus für E-Mobile, Märkte - Trends - Forschung

BMW konnte im vorigen Jahr knapp 100.000 Autos mit Plug-in-Hybridtechnik absetzen.
Mindestens zehn Modelle mit Plug-in-Hybrid sollen in den kommenden 20 Monaten auf die Straße.
Seit wenigen Wochen ist der neue 745e im Markt, ersetzt den seit Juli 2016 gebauten 740e.

Der 745e erhielt einen stärkeren E-Motor (80 anstelle 50 kW) sowie eine Batterie mit fast 20 Prozent mehr Energieinhalt.
In ihr stecken Speicherzellen, die BMW intern als 4. Generation bezeichnet.
Sie lösen die 3B-Zellen ab und werden sukzessive in allen Plug-in-Hybrid-Modellen Einzug halten.
Davon betroffen sind auch die schon länger erhältlichen Modelle 225xe und 530e. Deren Updates stehen für Juli auf dem Plan.

Beim Fünfer erwarten Branchenkenner ebenfalls einen 545e, heißt: Sechs- statt Vierzylinder-Verbrenner.

Der Zweiliter-Vierzylinder war übertriebener Sparzwang, zumal die neue Kombination mit dem B-58-Reihensechser sogar weniger verbraucht als das alte Duo.
Als ausgemacht gilt: E-Maschine in Verbindung mit B 58 bekommt auch der X5 eingesetzt,
während es beim X3 30e beim Vierzylinder B 48 bleibt.

Freunde des induktiven und damit kabellosen Ladens sollten sich allerdings noch in Geduld üben.
Zwar sind die Testphasen weit gediegen, zu einem Serieneinsatz vor Ende 2020 kann sich BMW aber noch nicht durchringen.
Die Entwicklung wurde gemeinschaftlich mit den Kollegen aus Stuttgart betrieben.

https://www.automobil-industrie.voge...F596A91525C8D3
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