200 miljoonan pitkäveto: tällainen on BMW:n tuleva akkututkimuskeskus

Paikalla on vielä rakennustyömaa, mutta jo alkuvuodesta 2019 BMW:n uusi akkuosaamiskeskus vauhdittaa sinivalkoista baijerilaismerkkiä kohti sähköistä tulevaisuutta.

Voimakkaasti sähköautoihin panostanut BMW jatkaa sähköistämisen tiellä. Tänä vuonna yhtiö on toimittanut jo 100 000 sähköistettyä autoa ja rajapyykin kunniaksi valmistajan sylinteripäämaja valaistiin sinivalkoisen pariston tavoin.

Osoituksena jatkuvasta sitoumuksestaan yhtiö rakentaa uuden akkutekniikan tutkimuskeskuksen Münchenin keskustan laitamille. Paikalla on nyt vasta kenttä ja kaivinkoneita, mutta väliaikaisessa juhlateltassa tunnelma on jo harjassa saakka. Sähköautot ovat sopineet BMW:lle hyvin ja odotukset uuden kehityskeskuksen osalta ovat korkeat.

Symbolisessa peruskiven muurauksessa paikalla ovat BMW:n johtokunnan jäseniä ja yhtiön sähkötekniikan johtajia sekä Baijerin talousasioista vastaava ministeri Ilse Aigner. Presentaatiossa Münchenin tutkimuskeskus liittyi Saksan Dingolfingissä, Yhdysvaltojen Spartanburgissa ja Kiinan Shenyangissa tapahtuvan akkuvalmistuksen joukkoon.

Vaikka paikalla on nyt vasta rakennustyömaa, pyritään pikavauhdilla rakennettava akkututkimuskeskus saamaan käyttöön jo alkuvuodesta 2019. Neljän seuraavan vuoden kuluessa keskukseen panostetaan 200 miljoonaa euroa ja BMW:n mukaan se luo 200 työpaikkaa.

Juhlapuheissa muun muassa ministeri Aigner kiitteli BMW:tä uskostaan Baijerin talousalueeseen ja pitääkseen myös tutkimusta ja valmistusta osavaltion alueella palveluiden aikakaudella.

Toimisto- ja laboratoriotilojen lisäksi kaksikerroksinen tehdaskiinteistö mahdollistaa piensarjojen tuotannon prototyyppikäyttöä varten.

Arvoketju talon sisälle

Lukuisten alihankkijoiden aikana saattaa vaikuttaa oudolta, että BMW panostaa omaan tutkimustyöhön? Baijerilaisilla on kuitenkin vastaus valmiina. Pitämällä osia sähköauton voimalinjan valmistuksesta ja kehityksestä lähellä sydäntä BMW pyrkii panostamaan lopputulokseen, eli pienemmät, tehokkaammat ja joustavammat sähkövoimalinjaratkaisut pyritään saamaan mahdollisimman saumattomasti osaksi muuta autoa.

Vuonna 2021 saapuvat viidennen sukupolven sähkövoimalinjat tuovat mukanaan kyvyn yhdistellä voimalinjaratkaisuja myös polttomoottorin kanssa. Niinpä sähköteknisten kehitysaskeleiden lisäksi komponentit ovat jatkossa skaalautuvia, eli sähkövoimalinjan palasia voidaan yhdistää erillisten i-mallien lisäksi myös BMW:n perusmallistoon. Polttomoottori, hybridi ja sähköauto elävät tuolloin joustavassa yhteiselossa.

– Elektromobiliteetti on meille uusi normaali, kommentoi BMW:n johtokuntaan kuuluva Klaus Fröhlich.

Toisaalta BMW mainitsee myös synergian perinteisen polttomoottoriosaamisen ja auton arvoketjun osana perusteluja pitää sähkötekniikka lähellä omaa valmistusta. Esimerkiksi viidennen sukupolven sähkövoimalinjan yhteiskotelo on BMW:lle tuttua osaamista vaihteistokuorien maailmasta.

Arvoketju taasen on harvemmin kuultu perustelu sähköautojen maailmassa, mutta osoittaa, että baijerilaiset tähyävät kauas tulevaisuuteen. Polttomoottoreiden osuuden vähentyessä BMW ei halua luovuttaa valmistuksen rahakkainta osaa kokonaan talon ulkopuolelle, vaan tilannetta tasoitetaan valmistamalla sähköauton komponentteja joko talossa tai läheisillä sidosryhmillä.

BMW:ltä mainitaan myös, että kyseessä on osittain myös fiilisjuttu ja keino erottautua kilpailijoista samankaltaisten sähköratkaisujen joukossa.

Alussa on kenno

Nyt rakennettavan akkuosaamiskeskuksen perimmäinen tehtävä on jatkaa BMW:n tekemää tutkimustyötä erityisesti akkukennojen saralla. Ison älypuhelimen kokoiset valmiit kennoyksiköt ovat avain akkujen kapasiteetin, latausnopeuden, painon, kustannusten ja turvallisuuden kehittämisessä. Esimerkiksi akkujen lämmitys hoidetaan jokaiseen kennoon upotetuilla sähkövastuksilla, jotka lämmittävät kennon käyttölämpöiseksi noin 30 sekunnissa.

Akkukennojen omalla tutkimustyö on luonnolisesti tärkeässä roolissa ketjun virtaviivaistamisessa. Omaa kehitystyötä valmistaja hyödyntää opastaessaan alihankkijaa kennojen valmistuksen suhteen, eli niiden valmistus suunnitellaan yhteistyössä. BMW arvioi, että yksittäisen kennon hinta on vuonna 2025 noin kaksi kolmasosaa nykyisestä, mutta sen kapasiteetti on yli kaksinkertainen. Toisaalta baijerilaiset kertovat myös, että akuston hinnasta noin 80% syntyy sen raaka-aineista.

Kun BMW:n suunnittelema kenno saapuu alihankkijalta, kootaan ne moduuleiksi. Sähköauton akusto muodostuu vaihtelevasta määrästä kennomoduuleita, joiden koko ja muoto ovat jatkossa entistä joustavampia. Toisaalta myös akkukennojen jäähdytys hoidetaan moduulikotelon avulla. Rakenteen avulla myös akkujen huolto ja korjaaminen on jatkossa entistä yksinkertaisempaa.

Sillä välin toisaalla

Rakennustyömaabileiden jälkeen tutustumiskierros jatkuu akkututkimuskeskuksen nykyisiin tiloihin. Väistötilan kaltaisessa pajassa teknikot esittelevät viidennen sukupolven akkumoduulien mahdollisuuksia rakentamalla järjettömän kokoisen pohjalevyn pelkistä moduuleista. Pohjalevyratkaisuna prototyyppi tuskin sopisi edes ison X7:n lattiaksi, mutta ajatusleikki tuo mieleen vieläkin isommat automallit. Meille vakuutellaan, että kyseessä on vain ajatusleikki eikä minkään uuden mallin lattiaratkaisu.

Iso akusto, mutta miten on sen energiatiheys verrattuna vieressä verrokkina olevaan BMW i3:n akustoon, joka painaa noin 200 kilogrammaa? Insinöörit mutisevat ympäripyöreitä. Lopulta kengänkärjet on tuijoteltu ja vastaus on “ainakin kaksinkertainen”.

Kysyttäessä kiinteän olomuodon akuista (solid state) BMW:n edustajat vastaavat, että paljon lupaava kehityksenala on heilläkin eräs mielenkiinnon kohteista. Baijerilaiset tekevät myös yhteistyötä yhdysvaltalaisen Solid Powerin kanssa.

Katse kohti viidettä sukupolvea

Nopeasti kehittyvässä sähköautojen teknologiassa nykyisin myynnissä olevat voimalinjaratkaisut ovat jo hiukan vanhahtavia, perustuvathan ne monelta osin jo 4–5 vuotta vanhaan kehitystyöhön. Esimerkiksi i3:n ja i8:n kehitys aloitettiin jo 2008, mallien saapuessa markkinoille 2013–2014 ja saadessa faceliftin kuluvana vuonna. Osana jatkuvasti kehittyvää tilannetta BMW pyrkiikin karsimaan kehitystyön ja tuotannon välistä aikaikkunaa, jotta jatkossa uusimmat kehitysaskeleet nähtäisiin markkinoilla entistäkin nopeammin.

Vuodelle 2021 BMW arvioi, että viidennen sukupolven voimalinjoilla saavutetaan täyssähköautolle noin 700 kilometrin toimintamatka ja ladattavien hybridien sähkötoimintamatka kasvaa jo 100 kilometrin tietämille.

Viidennen sukupolven ratkaisuissa skaalautuvuus on merkittävässä roolissa, joten järjestelmän kaikki komponentit voidaan rakentaa sopiviksi automallia varten. Tehdaskäynnillä esitämme kysymyksen sähkömoottorirakenteen skaalautuvuudesta ja saamme vastaukseksi 90–210 kW “ja ehkä pidemmälle”. Samalla valmistaja etsii viimeisiä prosentteja moottorin tehokkuudesta, sillä pienetkin säästöt näkyvät suoraan toimintamatkassa. BMW tekee töitä myös sen eteen, että harvinaisten metallilajien (rare-earth) käytöstä pyritään mahdollisimman pitkälti eroon.

Skaalautuvan järjestelmän paketointi on myös eräs säästökohteista. Sähkömoottorin, vaihteiston ja hallintaelektroniikan pakkaaminen samoihin kuoriin luo keveämmän ja tehokkaamman voimayksikön.

Akusto jatkaa elämäänsä ruuhkavuosien jälkeen

Kun aika sähköautosta jättää, on sen akustolle vielä paljon käyttöä. BMW on mukana kehittämässä kiinteiden asennuskohteiden järjestelmiä, joissa nykyisiä levymäisiä i3:n pohja-akustoja nostetaan levyinä hyllyille.

Pienille yrityksille tarjolla on esimerkiksi muutaman akuston varavirtaratkaisuja ja baijerilaiset näkevät käyttökohteina muun muassa isot sähkölaitokset sekä sähköautojen latausasemat, jotka voidaan ladata ajan kanssa. Toisaalta käytettyjä akustoja on laitettu jopa veneiden ja jakeluautojen virranlähteiksi.

Varsinaisia toteutettuja asiakascaseja ei tosin ole kovin montaa, sillä i3:t ovat vielä pitkälti liikenteessä. On myös oletettavaa, että tulevaisuuden akustot kestävät vieläkin pidempään, joten niitä nähtäneen yhä erilaisemmissa kiinteistökohteissa.

Huomisen näkemys huomisesta

BMW:n akkuosaamiskeskus on merkittävä panostus sähköistämiskehitykseen, jossa katse on tiukasti tulevissa vuosikymmenissä. Muutos ei kuitenkaan tule yhdessä yössä. BMW:n arvioissa vuonna 2025 sähköistetyt mallit käsittäisivät 15–25% vuotuisesta myynnistä.

Eräs merkittävimmistä näkemyseroista on kuitenkin se, että BMW:n arviossa sähköistetyt mallit koskevat täyssähköautoja ja lataushybridejä. Miedot hybridit ovat baijerilaisvalmistajalle kokonaan toinen luku

Teksti: Aake Kinnunen Kuvat: BMW, Aake Kinnunen