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Mehr Reichweite für Elektro-Fahrzeuge: Traktionsbatterie speichert thermische Energie

Um der Automotive-Anwendung gerecht zu werden, sind beide Material- und Strukturkonzepte so entwickelt worden, dass sie auch in der Großserie anwendbar sind.
Um der Automotive-Anwendung gerecht zu werden, sind beide Material- und Strukturkonzepte so entwickelt worden, dass sie auch in der Großserie anwendbar sind.

Gesteigerte Batteriekapazitäten machen zwar zunehmend längere Distanzen für batterieelektrische Fahrzeuge (BEV) möglich, jedoch schwankt deren Reichweite vor allem bei niedrigen Umgebungstemperaturen.

 

Innerhalb des EU-Projekts OPTEMUS (Optimised Energy Management and Use) wurden eine Vielzahl effizienzsteigernder Technologien entwickelt und miteinander verknüpft, um die Reichweitenschwankung zu reduzieren.

 

Dazu gehört eine thermisch speicherfähige Traktionsbatterie, die das Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF maßgeblich mit entworfen hat. Im Mittelpunkt steht ein neuartiges Faserverbund-Sandwich-Batteriegehäuse, welches die in einem Phasenwechselmaterial-Verbundsystem (PCM-Verbund) gespeicherte Wärmeenergie zur Umgebung thermisch abschirmt.

 

 

Batteriezellen werden vor dem Start gezielt vorkonditioniert

 

Das vom Fraunhofer LBF entwickelte 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 kann meist vermieden werden.

Umgekehrt ist es möglich, kurzfristige, ungewollte Wärmeanstiege der Batterie abzuschwächen, die etwa bei Schnellladevorgängen entstehen können.

 

 

Zuverlässigere und gleichmäßige Reichweite von  batterie-elektrischen Fahrzeugen

 

„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 Wissenschaftler des Fraunhofer LBF ein Verfahren zur Herstellung eines thermisch isolierenden hochfesten Batteriegehäuses.

 

 

Leicht, sicher und großserientauglich

 

Der Sandwichaufbau hat mehrere Vorteile: Er besitzt ein hohes Leichtbaupotential und führt zu hohen spezifischen Biegeeigenschaften sowie Schlagfestigkeiten. Darüber hinaus bietet er einen hohen Schutz vor Intrusionsereignissen, welche insbesondere bei Batteriepacks eine große sicherheitstechnische Rolle spielt.

Um der Automotive-Anwendung gerecht zu werden, sind beide Material- und Strukturkonzepte so entwickelt worden, dass sie auch in der Großserie anwendbar sind.

 

So wird beispielsweise die Herstellung des thermisch isolierenden Gehäuses durch ein am Fraunhofer LBF entwickeltes hybrides Schaumspritzgussverfahren realisiert, das es erstmalig ermöglicht, kosteneffizient dreidimensionale FKV-Sandwich-Bauteile in kurzen Taktzeiten bei vergleichsweise niedrigen Materialkosten zu fertigen.

 

Das OPTEMUS-Projekt wird innerhalb der »Green Vehicle Initiative« im Rahmen von »Horizont 2020« gefördert.

 

 

Fraunhofer LBF

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