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Das funktionsintegrierte Batteriegehäuse von HMF und des Fraunhofer IWU.
HMF und Fraunhofer IWU

Das funktionsintegrierte Batteriegehäuse von HMF und des Fraunhofer IWU.

- Sonderveröffentlichung -

Bei der Frage nach dem zentralen Erfolgsfaktor für die Akzeptanz und den Kauf von Elektroautomobilen spielt neben der Lade-Infrastruktur vor allem die Reichweite eine herausragende Rolle. Ausschlaggebend für diese ist allerdings nicht allein die Beschaffenheit und Güte der Batterien.

Auch müssen bestmögliche Bedingungen, wie beispielsweise eine optimale Betriebstemperatur, realisiert werden, damit die Batterien ihre Leistungsfähigkeit voll entfalten können. Zum anderen spielt der Leichtbau eine zentrale Rolle, um das Gesamtgewicht des Fahrzeugs trotz Berücksichtigung aller sicherheitsspezifischen Anforderungen möglichst gering zu halten. Im Idealfall lassen sich beide Aspekte verbinden. Ein Beispiel dafür ist ein neues funktionsintegriertes Batteriegehäuse, das Wissenschaftler am Fraunhofer IWU entwickelt haben.

Konsequente Leichtbauweise

Das funktionsintegrierte Batteriegehäuse begegnet gleich mehreren Herausforderungen der Elektromobilität: Es hält die Batterien für E-Motoren optimal auf Betriebstemperatur, bietet bestmöglichen Crash-Schutz trotz leichter Strukturen und lässt sich gleichzeitig zur Kühlung beziehungsweise zum Beheizen der Fahrgastzelle nutzen. Ausschlaggebend für diese Vorteile ist eine konsequente Leichtbauweise und die Verwendung effizienter Materialsysteme mit integrierten Funktionen. So lassen sich beispielsweise über die Kombination mechanischer und thermischer Funktionalitäten in einem Bauteil zusätzliche Fertigungsschritte und Bauräume einsparen bzw. bisher zusätzlich notwendige Komponenten und Mechanismen eliminieren.

Aufprallschutz im Unterboden

Dabei müssen trotz der Forderung nach Leichtbau insbesondere die steigenden Sicherheitsanforderungen zum Schutz des Batteriesystems eingehalten werden. Aber nicht nur deshalb befinden sich bei zukünftigen E-Fahrzeugen die Batterien meist im Fahrzeugunterboden. Einerseits bietet der Boden durch den wegfallenden Kardantunnel und Abgasstrang im Vergleich zu Verbrennern ausreichend Platz, andererseits sorgen die schweren Batterien dort zudem für einen niedrigen Fahrzeugschwerpunkt, was die Fahrdynamik deutlich verbessert. Aus diesem Grund erarbeiten Forscher des Fraunhofer IWU aktuell effiziente Bodenstrukturen, die den Schutz der Gehäuse gegen Aufprall und Stöße von der Fahrzeugunterseite realisieren. Zusammen mit der havel metal foam GmbH wurden bereits Gehäuseprototypen aufgebaut und Poller-Tests durchgeführt, die das Aufsetzen von Fahrzeugen beispielsweise auf Bodenwellen oder Bordsteinen nachstellen.

Wohlfühlbereich für Batterien

Zugleich soll das innovative Batteriegehäuse dafür sorgen, dass die Batterien auf Betriebstemperatur gehalten werden, denn diese erwärmen sich beim Laden und Entladen. Realisiert wird eine solche Temperierung durch Sandwiches mit Aluminiumschaumkern, die ein hohes Energieabsorptionsvermögen aufweisen. In den gut wärmeleitenden Aluminiumschaum der Bodenstruktur kann zusätzlich Phasenwechselmaterial (PCM) eingelassen werden, um die Batterien in ihrem Temperaturwohlfühlbereich zu halten, zu große Temperaturausschläge zu glätten und somit eine Schädigung der Zellen zu verhindern oder sogar einem Brand bzw. einer Explosion vorzubeugen. Das PCM auf Paraffinbasis nimmt in einem definierten, wählbaren Schmelzbereich große Wärmemengen auf und sorgt außerdem für eine Homogenisierung der Batteriepacktemperatur. Mit diesem Prinzip benötigt die Temperierung der Batterien keine zusätzliche Energie und zugleich kann deren Reichweite und Lebensdauer erhöht werden.

Insgesamt geht der Trend hin zu Leichtbauplattformen mit direkt im Unterboden der Fahrzeugstruktur integrierten Batterien, die den hohen Sicherheitsanforderungen genügen und zugleich für viele Modelle genutzt und mit unterschiedlichen Batterien für die gewünschten Reichweiten bestückt werden können. Für die Zukunft ist es also die Aufgabe, solche Lösungen wie das funktionsintegrierte Batteriegehäuse, auf die verschiedenen Leichtbauplattformen der Hersteller von Elektrofahrzeugen zu adaptieren.

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