Elektromobilität Wie Forscher aktuelle Batteriegehäuse verbessern wollen
Das Batteriesystem ist die zentrale Komponente eines E-Autos. Partner aus Forschung und Industrie demonstrieren nun im Projekt Cool Bat, wie innovative Konstruktionsprinzipien, Materialien und Produktionsverfahren dazu beitragen, die Gehäuse dafür klimafreundlich herzustellen und zugleich bessere Eigenschaften zu integrieren.
Anbieter zum Thema

Reichweite und Ladeleistung entscheiden wesentlich über die Akzeptanz der Elektromobilität bei Kundinnen und Kunden. Die Wettbewerbsfähigkeit der herstellenden Unternehmen hängt letztlich davon ab. 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.
Leichtbau und Funktionsintegration auf kleinerem Bauraum
"In aktuellen Batteriegehäusen steckt noch viel Optimierungspotenzial für funktionsintegrierten Leichtbau und Ressourceneffizienz", sagt Rico Schmerler, wissenschaftlicher Mitarbeiter des Fraunhofer IWU am Fraunhofer-Projektzentrum Wolfsburg und Koordinator von Cool Bat. Aus diesem Grund wird setzen die Forscher an dieser Baugruppe an, um für Gehäuse der nächsten Generation CO2-einsparende Lösungen zu entwickeln und zu erproben.
Wir haben 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.
Andere mögliche Einsatzszenarien finden sich laut Schmerler u.a. in den Bereichen:
- Transportsysteme wie Bahn, Luft- und Raumfahrt, Boots- und Schiffsbau,
- Anlagenbau,
- Temperiereinrichtungen (Serverkühlung, Lebensmittel- und Medizintransport…) und
- Sport.
:quality(80)/images.vogel.de/vogelonline/bdb/1878000/1878014/original.jpg)
FVK
Leichtbau-Batteriegehäuse ist bis zu 40 Prozent leichter als Aluminium-Variante
Thermische und mechanische Aufgaben kombinieren
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. Zwei Beispiele:
- Tragstrukturen erhalten direkt eingegossene Temperierkanäle.
- In Bodenplatten wird die Funktion der Kühleinheit mit der des Crash-Schutzes verbunden.
Das erreichen die Forschenden mit Aluminiumschaum. Vorteil: Das leichte Material absorbiert bei Unfällen viel Aufprallenergie. In Kombination mit Phasenwechselmaterial (PCM) senkt es zudem den Energieaufwand zur Kühlung der Batterie.
Lastpfadoptimierte Batteriegehäuse
Seine Expertise für den Einsatz von Leichtbauwerkstoffen und neuen Leichtbautechnologien bringt das Institut ebenso bei der Konstruktion und Fertigung des lastpfadoptimierten Batteriegehäuse-Deckels ein. Relevant sind hier laut Schmerler die folgenden Aspekte:
- Die Forscher arbeiten daran, Temperierkanäle in Sandwich-Tragstrukturen ohne Kleben und Schweißen zu integrieren.
- Dabei soll ein skalierbares Baukastensystem entstehen.
- Die Komponenten sollen auf eine Weise konstruiert werden, die beispielsweise die Nutzung von Hohlräumen ermöglicht.
:quality(80)/images.vogel.de/vogelonline/bdb/1724900/1724999/original.jpg)
30 Jahre Baumwurzelbewegung
Von der Körpersprache der Bäume zum dauerfesten Leichtbauteil
Das 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 Forscher 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.
Details zum Projekt und zu den Partnern
Das Projekt Cool-Bat wird vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie 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 GmbH, Basdorf, Lampe und Partner GmbH (BLP), Compositence GmbH, INVENT GmbH, iPoint-systems GmbH, LXP Group GmbH, MID Solutions GmbH, Synthopol Chemie Dr. rer. pol. Koch GmbH & Co. KG, Tigres GmbH, Trimet Aliminium SE und die Daimler AG.
Das Projekt ist im Mai 2021 offiziell gestartet und läuft bis April 2024.
(ID:47753903)