Prototyp des neuartigen Li-Ion Batteriemoduls mit hoher thermischer Speicherfähigkeit für Vorkonditionierungsmaßnahmen der Batteriezellen sowie einem großserientauglich hergestellten Faserverbund-Sandwich-Gehäuse mit hoher thermischer Isolationsleistung. (Bild: Fraunhofer LBF)
Innerhalb des EU-Projekts OPTEMUS werden eine Vielzahl effizienzsteigernder Technologien entwickelt und miteinander verknüpft, um insbesondere die Reichweitenschwankung des Elektrofahrzeugs Fiat 500e zu reduzieren. Dazu gehört eine thermisch speicherfähige Traktionsbatterie, die das Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF maßgeblich mit entworfen hat. Wie das Fraunhofer LBF mitteilt, handelt es sich bei der Entwicklung um ein Faserverbund-Sandwich-Batteriegehäuse, das die in einem Phasenwechselmaterial-Verbundsystem (PCM-Verbund) gespeicherte Wärmeenergie zur Umgebung thermisch abschirmt. Das Phasenwechselmaterial-Verbundsystem kann beispielsweise genutzt werden, um bei kaltem Wetter die temperatursensitiven Batteriezellen vor dem Start gezielt vorzukonditionieren und sie weiterhin mithilfe des thermisch isolierenden Gehäuses länger bei dieser optimalen Betriebstemperatur zu halten. Eine aktive Temperierung könne meist vermieden werden, hört man. Umgekehrt sei es möglich, kurzfristige, ungewollte Wärmeanstiege der Batterie abzuschwächen, die etwa bei Schnellladevorgängen entstehen können.
Um den PCM-Verbund von der Umgebung thermisch zu entkoppeln und so besser steuerbar zu machen, entwickelten Wissenschaftler des Fraunhofer LBF ein Verfahren zur Herstellung eines thermisch isolierenden hochfesten Batteriegehäuses. Dieses basiert auf einem schaumspritzgegossenen integralen Polymerschaum (Sabic PP15T1020), welcher mithilfe des hybriden Fertigungsverfahrens beanspruchungsgerecht lokal mit hochfesten thermoplastischen Faser-Kunststoff-Verbunden (TP-FKV) verstärkt wird. Hierbei stellt der Schaum die Isolationsfähigkeit sicher. Da der Polymerschaum nur geringe Festigkeiten sowie Steifigkeiten besitzt, wird dieser mit TP-FKV bedeckt, um die im Betrieb entstehenden Lasten auf die Batterie sicher zu tragen. Um der Automotive-Anwendung gerecht zu werden, sind laut dem Fraunhofer LBF beide Material- und Strukturkonzepte so entwickelt worden, dass sie auch in der Großserie anwendbar sind.
"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", sagt Felix Weidmann, der am Fraunhofer LBF für das Forschungsprojekt verantwortlich war.
