Es funktioniert. Dieses Hochvolt-Batteriegehäuse lässt sich nicht nur aus technischen Thermoplasten konstruieren und fertigen, sondern zeigt auch, dass das Material den komplexen Anforderungen des Einsatzes in der Elektromobilität durchaus gerecht weden kann.

Hochvolt-Batteriegehäuse müssen besonders steif und fest sein und gleichzeitig eine hohe Energieabsorption bei einem Crash zeigen. Weiterhin ist es erforderlich, dass sich die Gehäuse im Fall eines Fahrzeugbrands oder eines thermischen Durchgehens der elektrischen Zellen flammwidrig verhalten. Außerdem müssen sich die Gehäuse in die Fahrzeugstruktur integrieren lassen.

In einer mehrjährigen Foschungskooperation haben Lanxess und Kautex Textron einen seriennahen Technologie-Demonstrator von 1.400 x 1.400 mm entwickelt. Das anspruchsvolle, großformatige Gehäuseteil mit einem Gewicht im mittleren zweistelligen Kilogrammbereich zeigt die Vorteile eines Vollkunststoffgehäuses hinsichtlich Gewicht, Kosten, Funktionsintegration und elektrischem Isolationsverhalten.

„Wir haben dabei vollständig auf den Einsatz von metallischen Verstärkungsstrukturen verzichtet. Außerdem ging es darum, Wege zur wirtschaftlichen Fertigung der komplexen Großbauteile aufzuzeigen.“
Felix Haas, Director Product Development, Kautex Textron.

Gehäuse für Hochvolt-Batterien werden aktuell vor allem aus extrudierten Strangpressprofilen aus Stahl oder Aluminium gefertigt. Die Gehäuselänge und -breite kann je nach Fahrzeugklasse deutlich über 2.000 Millimeter liegen. Ihre Größe, die Zahl der Komponenten und die zahlreichen Herstellungs- und Montageschritte machen die Metallgehäuse zu sehr kostenintensiven Bauteilen. So fallen zahlreiche sekundäre Arbeitsschritte – wie Schweißen, Stanzen und Nieten – an, wenn Strukturen aus Strangpressprofilen in komplexe Gehäusebauteile überführt werden. Außerdem müssen die metallischen Bauteile in einem zusätzlichen Prozessschritt durch eine kathodische Tauchlackierung gegen Korrosion geschützt werden.

Der Demonstrator dagegen besteht aus einer Gehäusewanne mit Crash-Struktur, einem Gehäusedeckel und einem Unterfahrschutz. Die Gehäusekomponenten können in einem einstufigen D-LFT-Formpressprozess (Direct Long Fibre Thermoplastic, Direktverfahren) nacharbeitsfrei hergestellt werden. Als Material für die D-LFT-Formmasse wurde der Durethantyp B24CMH2.0 optimiert. Kautex Textron compoundierte das PA6 (Polyamid) für den Prozess mit Glasfaser-Rovings. Lokal wurde die Gehäusestruktur noch mit endlosfaserverstärkten thermoplastischen Verbundwerkstoffen (Tepex dynalite) verstärkt.

„Kunststoffe können ihre Formgebungsfreiheiten voll ausspielen. Durch die Integration von Funktionen – wie etwa Befestigungselementen und Komponenten des Thermomanagements – lässt sich die Zahl der Einzelkomponenten eines Batteriegehäuses stark verringern. Dadurch vereinfachen sich die Montage und der logistische Aufwand, was die Fertigungskosten senkt.“
Dr. Christopher Höfs, Projektmanager e-Powertrain, Lanxess.

Kunststoffe sind korrosionsfest und elektrisch isolierend. Die niedrige Dichte von Kunststoffen und ihr Potenzial zum konstruktiven Leichtbau führen zu deutlich leichteren Gehäusen. Das kommt unter anderem der Reichweite der Elektrofahrzeuge zugute.

Das Projekt mit Kautex Textron ist eine von mehreren Lanxess-Kooperationen zur Entwicklung von Batteriegehäusen: Lanxess entwickelt Batteriegehäuse für E-Fahrzeuge

Abgeschlossen sind die Forschungsarbeiten am Hochvolt-Batteriegehäuse jedoch noch nicht.

„Wir arbeiten weiterhin gemeinsam daran, die Fertigung und strukturelle Auslegung der Bauteile zu optimieren. Ziel ist, den Großteil der Entwicklungsarbeit virtuell zu leisten, um zum Beispiel beim Prototyp-Design Kosten zu sparen und die ‘Time-to-Market‘ künftiger Serienbauteile zu verkürzen. Im nächsten Schritt wollen beide Partner die Ergebnisse der Zusammenarbeit nutzen, um mit Automobilherstellern in Entwicklungsprojekte zur Serienproduktion einzusteigen.“
Dr. Christopher Höfs, Projektmanager e-Powertrain, Lanxess.

Bild oben: Der Demonstrator wurde in Anlehnung an das Batteriegehäuse eines Mittelklasse-Elektrofahrzeugs entwickelt. Er besteht aus einer Gehäusewanne mit Crash-Struktur, einem Gehäusedeckel und einem Unterfahrschutz. (Quelle: Kautex Textron)


Quelle und weitere Infos: Pressemitteilung, Springer Professional

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