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Ebenso wie die Antriebseinheiten entstammt auch die Hochvoltbatterie, die in den beiden vollelektrischen Modellvarianten der neuen BMW 5er Limousine zum Einsatz kommt, dem jüngsten Entwicklungsstand der BMW eDrive Technologie der fünften Generation. Sie setzt sich aus vier Modulen mit jeweils 72 Batteriezellen und drei Modulen mit jeweils zwölf Zellen zusammen. Dank einer geschickten und modellspezifisch konzipierten Anordnung der Module weist die Hochvoltbatterie eine besonders flache Bauweise auf. Sie kann daher platzsparend im Unterboden des BMW i5 angeordnet werden. Das Raumangebot für die Insassen entspricht dadurch exakt den Kapazitäten der Otto- und Dieselmotor-Varianten der neuen BMW 5er Limousine.
Die Hochvoltbatterie des BMW i5 kombiniert ihre kompakten Abmessungen mit einer hohen Energiedichte. Sie stellt einen nutzbaren Energiegehalt von 81,2 kWh zur Verfügung. In Verbindung mit der hohen Effizienz ihrer Elektromotoren ergeben sich daraus für beide Modellvarianten des BMW i5 langstreckentaugliche Reichweiten. Der BMW i5 M60 xDrive kommt auf eine im Testzyklus WLTP ermittelte Reichweite von 455 bis 516 Kilometer. Die entsprechenden Werte für den BMW i5 eDrive40 betragen 498 bis 582 Kilometer gemäß WLTP.