Traktionsbatterie speichert thermische Energie
Die Elektromobilität in Deutschland nimmt beständig Fahrt auf. So haben sich jüngst Daimler und VW Großes in Sachen E-Mobilität vorgenommen. Kein Wunder: In Zeiten anstehender Diesel-Fahrverbote werden batterie-elektrische Fahrzeuge (BEV) vor allem in Städten immer interessanter. Dreh- und Angelpunkt: Die Reichweite.
Ein neuartiger Phasenwechselmaterialverbund wird durch ein isolierendes Sandwich-Gehäuse thermisch von der Umgebung entkoppelt. – Foto © Fraunhofer LBF
Gesteigerte Batteriekapazitäten machen zwar immer längere Distanzen möglich, die schwanken aber bei niedrigen Temperaturen. Innerhalb des EU-Projekts OPTEMUS (Optimised Energy Management and Use) wurden deshalb viele effizienzsteigernde Technologien entwickelt und miteinander verknüpft, um so vor allem die Reichweitenschwankung des Elektrofahrzeugs Fiat 500e zu reduzieren. Dazu gehört eine thermisch speicherungsfähige Traktionsbatterie, die das Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF maßgeblich mit entworfen hat.
Im Mittelpunkt steht ein neuartiges Faserverbund-Sandwich-Batteriegehäuse, das die in einem Phasenwechselmaterial-Verbundsystem (PCM-Verbund) gespeicherte Wärmeenergie zur Umgebung thermisch abschirmt.
Das vom Fraunhofer LBF entwickelte Phasenwechselmaterial-Verbundsystem kann beispielsweise genutzt werden, um bei kaltem Wetter die temperaturempfindlichen Batteriezellen vor dem Start gezielt zu konditionieren und sie weiterhin mithilfe des thermisch isolierenden Gehäuses länger bei dieser optimalen Betriebstemperatur zu halten. Eine aktive Aufheizung kann meist vermieden werden. Umgekehrt ist es möglich, kurzfristige, ungewollte Wärmeanstiege der Batterie abzuschwächen, wie sie etwa bei Schnellladevorgängen entstehen können.
„Die von uns entwickelten Material-, Struktur- und Prozesstechnologien sichern dem Fahrer eine zuverlässigere und gleichmäßige Reichweite seines batterie-elektrischen Fahrzeugs. Darüber hinaus profitieren Fahrzeugentwickler und Konstrukteure von einer neuen Prozesstechnologie für Funktionsintegration und Leichtbau“, erklärt Felix Weidmann, der am Fraunhofer LBF für das Forschungsprojekt verantwortlich war.
Um den PCM-Verbund von der Umgebung thermisch zu entkoppeln und so besser steuerbar zu machen, entwickelten die Wissenschaftler ein Verfahren zur Herstellung eines thermisch isolierenden hochfesten Batteriegehäuses. Dieses basiert auf einem schaum-spritzgegossenen integralen Polymerschaum (SABIC® PP15T1020), der mithilfe des hybriden Fertigungsverfahrens lokal mit hochfestem thermoplastischen Faser-Kunststoff verstärkt wird.
Leicht, sicher und tauglich für Großserien
Der Sandwichaufbau hat mehrere Vorteile: Er besitzt ein hohes Leichtbaupotential und führt zu guten spezifischen Biegeeigenschaften und Schlagfestigkeiten. Darüber hinaus bietet er Schutz vor Intrusions-Ereignissen, die vor allem bei Batteriepacks eine große sicherheitstechnische Rolle spielen. Um der Automotive-Anwendung gerecht zu werden, sind beide Material- und Strukturkonzepte so entwickelt worden, dass sie auch in der Großserie anwendbar sind.
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