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Konzept für ein Batteriegehäuse in Modulbauweise. Mit Cell-to-Pack sollen die Module entfallen.
Foto: AZL Aachen
Konzept für ein Batteriegehäuse in Modulbauweise. Mit Cell-to-Pack sollen die Module entfallen.

E-Mobilität

Gehäuse für Batterien der E-Mobility

Eine höhere Packunsdichte und leichtere, recyclingfähige Materialien sind die Herausforderungen. Wie werden die Batteriegehäuse der Zukunft wohl aussehen?

Wenn Batterien für Elektrofahrzeuge immer leistungsfähiger werden, spielt die höhere volumetrische Energiedichte eine entscheidende Rolle. Soll in weniger Bauraum mehr Energie gespeichert werden, sind neue Material- und Designlösungen gefragt. Aber auch passende Gehäuse aus hochsicheren und hochstabilen Leichtbaumaterialien. Ein Fall für das Aachener Zentrum für integrativen Leichtbau (AZL). Dort startet im Oktober 2022 das Projekt zu Cell-to-Pack-Batteriegehäusen für batterieelektrische Fahrzeuge.

„In verschiedenen Kooperationsprojekten untersucht das AZL ganzheitlich die anspruchsvollen Anforderungen an die Batteriegehäuse und entwickelt Konzepte, wie kunststoffbasierte Multimateriallösungen im Vergleich zu Status-quo-Lösungen aus Metall Gewicht und Kosten sparen können“, beschreibt Peter Dill, Director Product Portfolio Global bei Röchling Automotive, das Ziel des Projekts.

Der Aufbau von Batteriegehäusen ist entscheidend für die Sicherheit, Kapazität, Leistung und Wirtschaftlichkeit. Im Cell-to-Pack-Projekt sollen mit Blick auf verschiedene Materialien und Konstruktionstechniken Konzepten für Bauteile und deren Produktion entwickelt werden. Die Konzepte werden in Bezug auf Leistung, Gewicht und Produktionskosten verglichen, so dass für OEM, Produzenten und deren Zulieferer in der gesamten Wertschöpfungskette von Batteriefahrzeugen neues Know-how entsteht.

Materialkonzepte sind bereits erarbeitet

Basis für das Cell-to-Pack-Projekt ist das Vorgängervorhaben zu modul-basierten Batteriegehäusen. Damals wurden 20 verschiedene Multimaterialkonzepte optimiert und mit einem Referenzbauteil aus Aluminium verglichen. Alle Produktionsschritte wurden im Detail modelliert, um zuverlässige Kostenschätzungen für jede Variante zu erhalten. Ergebnis: Je nach Konzept konnten 20 % Gewichts- beziehungsweise 36 % Kosteneinsparpotenzial durch Multimaterial-Verbundwerkstoffe im Vergleich zur etablierten Aluminiumreferenz identifiziert werden.

Um ein effizienteres Layout der Gehäuse zu erreichen, werden die Zellen nun nicht mehr in Modulen zusammengefasst, sondern direkt in das Batteriegehäuse integriert. Das führt zu einer gewichtssparenden Raumausnutzung und einer höhere Packungsdichte, über die eine geringere Bauhöhe erzielt und Kosten eingespart werden.

Auch an Recycling und Reparaturen denken

Außerdem erwartet die Prjoket-Gruppe verschiedene Ausbaustufen der konstruktiven Integration des Batteriegehäuses in die Karosseriestruktur. Diese neuen Designs bringen spezifische Herausforderungen mit sich, unter anderem um den Schutz der Batteriezellen vor Beschädigung durch äußere Einflüsse zu gewährleisten sowie den Brandschutz. Darüber hinaus können unterschiedliche Optionen für Recycling und Reparatur die künftigen Konstruktionen erheblich beeinflussen.

Wie die verschiedenen Material- und Strukturoptionen für zukünftige Generationen von Batteriegehäuse für die Cell-to-Pack-Technik aussehen könnten und wie sie in Bezug auf Kosten und Umweltauswirkungen zu vergleichen sind, wird in dem neuen AZL-Projekt untersucht. Neben den Material- und Produktionskonzepten aus der Konzeptstudie für modulbasierte Batteriegehäuse werden auch Ergebnisse eines aktuell laufenden Benchmarkings von verschiedenen Materialien für die Impact-Schutzplatte sowie eine neue Methode zur Ermittlung von mechanischen Eigenschaften während eines Brandtest eingebracht.

Das Cell-to-Pack-Batterie-Projekt startet am 27. Oktober 2022 mit einem Kick-Off Treffen des Konsortiums, interessierte Unternehmen können sich bis dahin noch für die Teilnahme bewerben.

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Vergleich eines Batteriegehäuse in Modul-Bauweise (oben) und der Cell-to-Pack-Bauweise.
Foto: AZL Aachen
Vergleich eines Batteriegehäuse in Modul-Bauweise (oben) und der Cell-to-Pack-Bauweise.
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