Funktionsintegration: Leichtere Batteriesysteme emittieren 15 Prozent weniger CO2

Bei der Mobilitätswende hin zum E-Auto steckt noch viel Optimierungspotential in der zentralen Komponente – dem Batteriesystem. Das haben Partner aus Forschung und Industrie erkannt und zeigen im Projekt „CoolBat“, wie das Batteriesystem durch neue Konstruktionsprinzipien, Materialien und Produktionsverfahren im Hinblick auf Klimaschutz und Anwendernutzen weiter verbessert werden kann.

Die Batteriegehäuse sollen dabei leichter und ihre CO2-Emissionen um 15 Prozent reduziert werden. Gleichzeitig wollen die Partner eine höhere Leistung, kürzere Ladezeiten und mehr Reichweite erreichen. Zusätzlich soll auch die Herstellung deutlich effizienter werden. Koordiniert wird das Projekt vom Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU.

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. 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.“
Rico Schmerler, wissenschaftlicher Mitarbeiter, Fraunhofer IWU, Projektkoordinator

Der Weg zum leichteren Batteriesystem führt über Funktionsintegration, einen kleineren Bauraum und weniger Schnittstellen. So können bestimmte Strukturen 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 viel Aufprallenergie. In Kombination mit Phasenwechselmaterial (PCM) senkt es zudem den Energieaufwand zur Kühlung der Batterie.

Weiterhin wird der Batterieghäusedeckel lastpfadoptimiert und es werden 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.

„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 reicht bis zur nachhaltigen Produktperformance über den gesamten Lebenszyklus.“
Rico Schmerler, wissenschaftlicher Mitarbeiter, Fraunhofer IWU, Projektkoordinator

Das Projekt CoolBat wird vom BMWi im Rahmen der Initiative Technologietransfer-Programm Leichtbau (TTP Leichtbau) gefördert und durch den Projektträger Jülich betreut. Unter der Gesamtkoordination des Fraunhofer IWU sind die weiteren am Fraunhofer-Projektzentrum Wolfsburg integrierten Fraunhofer-Institute IFAM, IST und WKI als Forschungspartner beteiligt. Partner aus der Industrie sind folgende Unternehmen: FES-Fahrzeug-Entwicklung Sachsen GmbH/Auto-Entwicklungsring Sachsen, Basdorf, Lampe und Partner (BLP), Compositence, INVENT, iPoint-systems, LXP Group, MID Solutions, Synthopol Chemie Dr. rer. pol. Koch, Tigres, Trimet Aliminium und die Daimler AG. Das Projekt ist im Mai 2021 offiziell gestartet und läuft bis April 2024.

Das Fraunhofer IWU forscht in einem weiteren Projekt an umweltverträglichen Leichtbaubatterien für Elektrofahrzeuge. Der technologische Zugang ist jedoch ein anderer. Während bei CoolBat mit geschlossenporigen Metallschäumen in Kombination mit Phasenwechselmaterial (PCM) gearbeitet werden soll, sind es bei Marbel offenzellige Schäume ohne PCM, die unmittelbar im Kühlkreislauf agieren.

Marbel nutzt Metallschaum für Batteriegehäuse

Bild oben: (Quelle: Pixabay)


Quelle und weitere Infos: Pressemitteilung, Leichtbau Sachsen, Elektroauto-News, Springer Professional, idw online, electrive

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