Voor elektrificatie van het vrachtwagenpark zijn zowel de prijs van batterijpakketten als de capaciteit en levensduur ervan belangrijke factoren. BorgWarner scoort daarin hoge ogen door vergaande standaardisatie van de pakketten. Aftersales Truck ging op bezoek bij de productiefaciliteit in het Duitse Darmstadt.

BorgWarner is een grote speler in de automotive branche. Het bedrijf is in 20 landen aanwezig met 61 fabrieken en heeft 38.300 werknemers, samen goed voor een omzet van 14,1 miljard in 2024. BorgWarner is natuurlijk bekend van de transmissies en onderdelen voor verbrandingsmotoren. Het concern maakt echter ook veel onderdelen voor elektrische voertuigen, waaronder power electronics, hybridesystemen, transmissies voor EV’s, elektromotoren, elektrische aandrijfunits, controllers en batterijsystemen, zowel voor personenauto’s als voor vrachtwagens en bussen. Vorig jaar produceerde het voor 3,0 GWh aan batterijpakketten met nikkel-mangaan-cadmium-technologie, in 2025 zal de productiecapaciteit stijgen van 30.000 batterijpakketten naar 54.000 pakketten, goed voor 5,4 GWh.

De filosofie hier is, dat het niet loont om voor elke toepassing een aparte batterij te bouwen, zoals dat bij OE-fabrikanten vaak het geval is. Wanneer je een twee- of drietal standaardplatforms bouwt, kun je de productie hiervan automatiseren. Daardoor zullen de productiekosten sterk dalen en komt de productiekwaliteit op een constant hoog niveau te liggen. Dat bouwen gebeurt onder meer in de fabriek in Darmstadt. Daar wordt bijvoorbeeld de ultra high energy (UHP) Gen3-batterijplatforms gefabriceerd. Deze platforms zijn opgebouwd uit modules met cilindrische NMC-cellen (Nikkel, Mangaan, Kobalt). Het batterijmanagementsysteem (BMS) en de software worden ook in eigen huis ontwikkeld. Er zijn twee productielijnen, waarop de modules met behulp van robots worden geassembleerd. De eerste lijn werd in 2022 opgestart, de tweede lijn is in 2025 in gebruik genomen. Samen met de eerste en tweede generatiemodules, die al vanaf 2018 in productie zijn, zijn er inmiddels 64.903 batterij-pakketten van BorgWarner bij klanten in gebruik.

Zwitsers zakmes

Het merendeel van de batterijplatforms wordt toegepast in bussen en in graafmachines, maar ook in trucks, schepen en andere toepassingen: “Het is net een Zwitsers zakmes, je kunt ze overal voor gebruiken”, stelt Jonas Knabe, Supervisor Application Development. “Zo worden ze onder meer gebruikt in graafmachines. Die zijn sterker dan de diesel-aangedreven versies. Een groot voordeel is, dat je zo ook binnen kunt gebruiken, want daar komen steeds meer eisen aan de uitstoot. Datzelfde geldt voor sneeuwschuivers. Die zijn er ook al met onze accu’s, ondanks het feit dat het in de sneeuw en kou toch een moeilijke werkomgeving is voor een batterij. Maar ze mogen ook worden gebruikt in indoor-skipistes. Ze zitten trouwens ook in Hongaarse bussen en leveren daar een actieradius van 300 km met 25 procent minder batterijen dan voorheen. Ze zitten in een heimachine, waar ze tevens als contragewicht dienen.”

NMC of LPF

Op dit moment kent BorgWarner verschillende platformen, in 300V en 650V. Zo heeft de UHE GN3-6AKM bijvoorbeeld 6 batterijmodules in een tray, met in totaal een energie-inhoud van 68,4 kWh bij een spanning van 665 volt. De 9AKM, die nu in ontwikkeling is, heeft 9 modules en 98 kWh inhoud. Zo’n platform weegt 598 kg. BorgWarner kijkt inmiddels ook naar prismatische LPF-blade-cellen (Lithium-Ferro-fosfaat). Deze cellen worden ingekocht bij FinDreams Battery, onderdeel van BYD. Deze platforms zullen 104 of 208 cellen hebben, goed voor 50 of 100 kWh bij een gewicht van 330 tot 660 kg. Voordeel is vooral dat de prijs lager is dan van NMC. NMC heeft dan weer het voordeel dat het een hogere energiedichtheid heeft. LPF wordt dan ook geen opvolger, maar zal naast het NMC-gamma worden gevoerd. De LPF-platforms hebben een levensduur van 6000 laadcycli en zijn vooral bedoeld voor bussen en trucks en gaan begin 2027 in productie.

Tegenwoordig is het fabriceren van het product niet het enige aandachtspunt, ook het end-of-life-scenario krijgt aandacht. Eerst wordt er gekeken naar de mogelijkheden voor reparatie en remanufacturing, alsmede repurposing. Als een batterij niet meer genoeg energie-inhoud of ‘SOH’ (State of health) heeft om een voertuig een goede actieradius te bieden, is zo’n batterij wellicht nog prima in staat om energie op te slaan in een energieopslagsysteem (BESS of Battery Energy Storage System), waar de verhouding tussen energie-inhoud en gewicht geen rol speelt. Loopt de batterij echt op zijn laatste benen, dan wil BorgWarner proberen alle materialen van de batterij terug te winnen. Naar schatting kan het bedrijf in 2027 al 98 procent van alle nikkel, 92 procent van het mangaan, 94 procent van de kobalt en 75 procent van de lithium terugwinnen en dat is ruim boven de wettelijke norm.

Bouwen

In de fabriek is te zien hoe de modules en batterijplatforms worden opgebouwd. Eerst worden de cellen doorgemeten op kwaliteit. Dan worden de contactvlakken van de goede cellen met een laser opgeruwd, zodat ze beter contact maken. Vervolgens worden er 300 cellen per laag op een koellichaam gelijmd, dat is voorzien van koelkanalen voor vloeistofkoeling. Elk koellichaam krijgt twee lagen, elk aan weerszijden van het koellichaam. Op elke laag komt vervolgens een printplaat. De cellen worden gelast met een soort ultrasoon vibrerende draad, waardoor tussen de printplaat en de cellen een wrijvingspuntlas ontstaat. De kern van de cel is daarbij de plus, de metalen mantel de min. Vervolgens komt het BMS erop en worden de koelkanalen aangesloten. Vervolgens komt er een behuizing omheen. De kant en klare modules worden vervolgens door een robot samengebouwd in een platformbehuizing en verbonden. De koelkanalen worden vervolgens met helium getest op dichtheid.

BorgWarner beschikt in Darmstadt over een groot laboratorium, waar complete pakketten en onderdelen daarvan worden getest. Zo vinden er corrosietesten plaats in een klimaatkamer. Daar worden de pakketten twee tot zes weken in een vochtige, zoute omgeving geplaatst. Daar volgt ook een onderdompelings- of IP-test, om de waterdichtheid te testen. Er is een testbank waarop prestatie- en duurtesten plaatsvinden onder verschillende omstandigheden, zoals diverse temperaturen, koelwaterstromen, met verschillende software-updates of met rijprofielen van klanten. Dan zijn er nog grote trilmachines, waarop de platforms of onderdelen daarvan worden getest op trillingsbestendigheid. Dan worden de modules of platforms ook nog getest op EMP, oftewel elektromagnetische storingspulsen.

Behalve de testruimtes is er ook nog een laboratorium, waarin cellen worden bestudeerd. Ze worden in met argon gevulde kasten gedemonteerd, om de chemie niet te beïnvloeden. Daarbij worden de cellen met laser losgesneden om geen vervorming te krijgen. Na demontage worden onder meer de laagdiktes, deeltjesgroottes en degradatie bekeken.

Het mag duidelijk zijn dat BorgWarner enorm veel expertise in huis heeft op het gebied van batterijplatforms voor de transportsector. De mate van automatisering en robotisering van de productielijnen is indrukwekkend. Samen met de modulaire bouwwijze zorg dit ervoor dat BorgWarner de cost of ownership van elektrische trucks en bussen omlaag brengt en dat de bouwers van deze voertuigen hun wagenpark beter aan de wensen van de klant kunnen aanpassen.