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Batteriegehäuse für E-Autos

Da steckt noch viel Optimierungspotenzial drin

Fraunhofer IWU CoolBat
Elektromobilität und Klimaschutz gewinnen weiter an Fahrt: Forscher beim Fraunhofer-Institut IWU verbessern die CO2-Bilanz von Batteriesystemen in E-Autos.
© Pixabay

Das Projekt »CoolBat« untersucht wie innovative Konstruktionsprinzipien, Materialien und Produktionsverfahren dazu beitragen können, Batteriegehäuse klimafreundlich herzustellen und bessere Gebrauchseigenschaften zu integrieren. Gleichzeitig sollen sie leichter werden und einiges an CO2 sparen.

Wichtige Elemente eines Batteriesystems für E-Autos sind nicht nur das Batteriemodul selbst mit seinen Zellen, sondern ebenso das Gehäuse mit Strukturen zur Lastverteilung und Temperaturregulierung, Rahmen, Deckeln sowie Bodenplatten, die in ihrer Gesamtheit vor Überhitzung schützen müssen und bei Unfällen Beschädigungen des Batteriekerns abwenden sollen.

»In aktuellen Batteriegehäusen steckt noch viel Optimierungspotenzial für funktionsintegrierten Leichtbau und Ressourceneffizienz«, so Rico Schmerler, wissenschaftlicher Mitarbeiter des Fraunhofer-Instituts für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik (IWU) am Fraunhofer-Projektzentrum Wolfsburg und Koordinator von »CoolBat«. »Deshalb nutzen wir diese Baugruppe, um für Gehäuse der nächsten Generation CO2-einsparende Lösungen zu entwickeln und zu erproben. Wir haben aber nicht nur E-Autos im Blick. Unser Ziel ist es, die Forschungsergebnisse später auf weitere Anwendungen und Branchen zu übertragen, in denen große Batterien genutzt werden.«

Leichtbau und Funktionsintegration auf kleinerem Bauraum

Mehr Funktionen auf kleinerem Bauraum bei weniger Schnittstellen – das wollen die Projektpartner erreichen. Dafür werden Einzelsysteme zu funktionsintegrierten Strukturen kombiniert, die thermische und mechanische Aufgaben in sich vereinen. Beispielsweise erhalten Tragstrukturen direkt eingegossene Temperierkanäle und in Bodenplatten wird die Funktion der Kühleinheit mit der des Crash-Schutzes verbunden. Das erreichen die Forschenden mit Aluminiumschaum. Das leichte Material absorbiert bei Unfällen viel Aufprallenergie. In Kombination mit Phasenwechselmaterial (PCM) senkt es zudem den Energieaufwand zur Kühlung der Batterie. 

Seine Expertise für den Einsatz von Leichtbauwerkstoffe und neuen Leichtbautechnologien bringt das IWU auch bei der Konstruktion und Fertigung des lastpfadoptimierten Batteriegehäuse-Deckels ein. Zudem werden im Forschungsprojekt neue Wärmeleitwerkstoffe entwickelt und erprobt. Sie ersetzen bisher aufwendig hergestellte, ökologisch hoch belastende und kostenintensive Wärmeleitpasten. Die Werkstoffentwicklung im Projekt umfasst auch neue Materialien für einen nachhaltigen Brandschutz.

Ziel: 15 Prozent CO2-Einsparung pro Batteriegehäuse

»Jeder Entwicklungsschritt im Projekt wird unter dem Aspekt der CO2-Einsparung und CO2-Bindung betrachtet und bewertet. Das beginnt bei der Konstruktion, setzt sich fort mit der CO2-reduzierten Material-, Technologie- und Fertigungsauswahl und führt bis hin zur nachhaltigen Produktperformance über den gesamten Lebenszyklus«, erläutert Rico Schmerler das ganzheitliche Herangehen an Lebenszyklusanalyse und CO2-Bilanzierung. Damit werden etwa 15 Prozent CO2-Einsparung pro Gehäuse möglich.

Die Projektpartner haben darüber hinaus weitere positive Effekte aus den funktionsintegrierten Leichtbaulösungen errechnet: eine höhere Leistung pro Masse im Batteriesystem, schnelleres Laden sowie mehr Reichweite – alles gewichtige Argumente, um Elektromobilität weiter in Fahrt zu bringen.

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