Traktionsbatterie vom Fraunhofer LBF Temperaturunabhängige Reichweite für Elektrofahrzeuge

Prototyp des Lithium-Ionen-Batteriemoduls mit thermischer Speicherfähigkeit für Vorkonditionierungsmaßnahmen der Batteriezellen sowie einem großserientauglich hergestellten Faserverbund-Sandwich-Gehäuse mit thermischer Isolationsleistung.
Prototyp des Lithium-Ionen-Batteriemoduls in einem großserientauglich hergestellten Faserverbund-Sandwich-Gehäuse mit thermischer Isolationsleistung.

Gesteigerte Batteriekapazitäten ermöglichen größere Reichweiten, die bei niedrigen Außentemperaturen allerdings Schwankungen unterliegen. Eine Traktionsbatterie des Fraunhofer LBF besitzt ein Faserverbund-Sandwich-Batteriegehäuse, das Wärmeenergie speichert und zur Umgebung thermisch abschirmt.

Im Rahmen des EU-Projekts OPTEMUS (Optimised Energy Management and Use) werden effizienzsteigernde Techniken entwickelt und miteinander verknüpft, um insbesondere die Reichweitenschwankung von E-Fahrzeugen (exemplarisch am Fiat 500e) zu reduzieren. Das Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF hat eine thermisch speicherfähige Traktionsbatterie entworfen. Das Faserverbund-Sandwich-Batteriegehäuse setzt dabei die in einem Phasenwechselmaterial-Verbundsystem (PCM-Verbund) gespeicherte Wärmeenergie zur thermischen Abschirmung ein.

Der PCM-Verbund wird beispielsweise eingesetzt, um bei kalten Temperaturen die Vorkonditionierung der temperatursensitiven Batteriezellen vorzunehmen und die Betriebstemperatur länger zu halten – eine aktive Temperierung kann entfallen. Zudem kann bei Schnellladevorgängen der kurzfristige, ungewollte Wärmeanstieg der Batterie abgeschwächt werden.

Das Verfahren zur Herstellung des Batteriegehäuses basiert auf einem schaumspritzgegossenen integralen Polymerschaum (SABIC PP15T1020), der mithilfe des hybriden Fertigungsverfahrens beanspruchungsgerecht lokal mit hochfesten thermoplastischen Faser-Kunststoff-Verbunden (TP-FKV) verstärkt wird. Hierbei stellt der Schaum die Isolationsfähigkeit sicher. Um verschiedene Polymerschäume hinsichtlich ihrer Schaummorphologien und damit der Isolationsfähigkeit untersuchen und bewerten zu können, entwarfen die Forscher eine Morphologieanalytik, die auf computertomographischen 3D-Aufnahmen basiert.

Der entstandene Sandwichaufbau besitzt ein hohes Leichtbaupotenzial und führt zu hohen spezifischen Biegeeigenschaften sowie Schlagfestigkeiten. Darüber hinaus bietet er einen hohen Schutz vor Intrusionsereignissen, welche insbesondere bei Batteriepacks eine große sicherheitstechnische Rolle spielen.