Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Elektromobilität: Neues Werkstoffkonzept für das Batteriegehäuse spart Gewicht und gibt Sicherheit

18.06.2013
Die europäischen Länder haben sich verpflichtet, die CO2-Emissionen zu reduzieren. Im Bereich der Individualtransportsysteme bieten rein elektrisch angetriebene Fahrzeuge – gefahren mit regenerativ erzeugtem Strom – eine Chance dafür.

Eine der großen Herausforderungen hin zur Elektromobilität ist die Batterie. Noch ist die Reichweite gering und das Gewicht hoch. Aufgrund der niedrigen Energiedichte werden die Batteriepakete auch in den nächsten Jahren noch groß und schwer sein, selbst wenn bei den Li-Ionen-Zellen die erhofften weiteren Fortschritte erzielt werden. Neue Werkstoffkonzepte zur Gewichtsreduktion und Leichtbaudesign auf höchstem Sicherheitsniveau sind deshalb gefragt.


Konzeptstudie einer leichtbauoptimierten Fahrzeugkarosserie der C-Klasse mit integriertem Energiespeichersystem
(c) Fraunhofer LBF


Leichtere und sichere Batteriegehäuse durch Sandwiche mit Polymer-Aluminium-Hybridschaum-Kern
(c) Fraunhofer IFAM

Das Ziel des von der EU geförderten Projekts »Smart and Safe Integration of Batteries in Electric Vehicles – SmartBatt« bestand darin, ein multifunktionales, leichtes und sicheres Konzept für ein Energiespeichersystem zu erarbeiten und zu erproben, welches vollständig in die Fahrzeugstruktur integriert sein sollte.

Das Batteriegehäuse ist hier kein separates Anbauteil mehr, sondern eine integrale tragende Strukturkomponente der Fahrzeugkarosserie, z. B. des Fahrzeugbodens. Als Basis für die Fahrzeugkarosserie diente das SuperLIGHT-CAR (SLC), eine im 6. Rahmenprogramm der EU geförderte Konzeptstudie einer leichtbauoptimierten Fahrzeugkarosserie der C-Klasse.

Die größten Herausforderungen bei dieser Integrationsaufgabe lagen darin, eine Kombination aus Leichtbau-Design mit einem hohen Sicherheitsniveau gegenüber den verschiedensten Gefahren- und Unfallszenarios und mit einem intelligenten Design der Schnittstellen zu den übrigen Fahrzeugsystemen zu finden.
Um diesen Herausforderungen zu begegnen wurde ein europäisches Konsortium aus vier Industriefirmen und fünf Forschungseinrichtungen gebildet. Die Kompetenzen dieser neun Partner umfassen unter anderem die Fahrzeugtechnik, Elektronik, Batterien, Konstruktion, Leichtbau, Werkstoffe, sowie Tests und Erprobungen.

Neue Werkstoffkonzepte zur Gewichtsreduktion

Das Konsortium des SmartBatt-Projekts stellte sich die ehrgeizige Aufgabe, durch ein alternatives Konzept für das Gehäuse das Gesamtgewicht des Batterie-Pakets um 10-15 Prozent zu verringern.
Ein wesentlicher Punkt des Projekts war die Erarbeitung innovativer Werkstoffkonzepte, mithilfe derer die gewünschte Gewichtsreduzierung erreichbar war. Im Rahmen einer Nutzwertanalyse wurden neben Aluminium und Stahl auch verschiedene weitere Werkstofflösungen betrachtet. Als Ergebnis dieser Evaluierung wurde als Werkstoff für die unteren Wannen des Batterie-Pakets das APM Hybridschaum-Sandwich ausgewählt. Dieses Material ist dadurch gekennzeichnet, dass sich zwischen zwei Decklagen aus konventionellem Aluminium eine Kernlage aus Aluminiumschaumkugeln befindet, welche in eine Matrix aus geschäumtem Epoxidharzklebstoff eingebettet sind. Die Besonderheit des Materialansatzes liegt in der Fertigung, die eine gezielte, lokal begrenzte Ausbildung der Sandwichstruktur erlaubt.

Das Material bietet eine hohe Biegesteifigkeit bei geringem Gewicht: ein Quadratmeter des APM-Hybridschaumsandwiches hat eine Biegesteifigkeit von 3,54•108 Nmm2 und eine Masse von 4,72 Kilogramm. Demgegenüber besitzt ein konventionelles Aluminiumblech von 3,3 mm Dicke nur eine Biegesteifigkeit von 2,1•108 Nmm2 (41 Prozent weniger) und eine Masse von 8,91 Kilogramm (89 Prozent mehr). Aufgrund seiner Dicke und des Energieabsorptionsvermögens der Aluminiumschaumkernlage weist die Sandwich-Lösung neben einem guten Steinschlagschutz auch Vorteile im Brandfall und hinsichtlich der Vibrationsdämpfung im Normalbetrieb auf.

Die Projektergebnisse: Mit Sicherheit leichter

Im Vergleich zu State-of-the-Art Systemen ist es mit einem integrativen Ansatz und Materialinnovationen gelungen, das Gewicht des Gehäuses zu halbieren und damit das gesamte Batteriesystem um 20 Prozent leichter zu machen. Wesentlicher Bestandteil der Gesamtlösung war die Entwicklung und der Einsatz geformter Blechstrukturen, welche in definierten Bereichen als Sandwich mit Polymer-Aluminium-Hybridschaum-Kern ausgeführt waren.

Im Rahmen des Projekts wurde der Gesamtdemonstrator »Battery-Pack« umfangreichen Funktions- und Belastungstests unterworfen, z.B. Wasser und Staub-Penetration-, Explosions-, EMV-, Crash- und Brandtests. Die Crashsimulationen und Labortests in der Entwicklungs- und Validierungsphase zeigten, dass die smarte Integration in das Chassis des SuperLIGHT-CAR entscheidend dazu beiträgt, die Torsionssteifigkeit, Biegefestigkeit und damit auch die Crashsicherheit des ganzen Fahrzeugrahmens zu verbessern.
Auftraggeber:
European Union; Contract No. SCPO-GA-2010-266074

Projektpartner:
AIT Mobility, Österreich; AIT LKR, Österreich; Axeon, Großbritannien; Fraunhofer, Deutschland; Impact Design, Polen; Ricardo, Großbritannien; SP, Schweden; TU Graz, Österreich; VOLKSWAGEN, Deutschland

Martina Ohle | Fraunhofer-Institut
Weitere Informationen:
http://www.smartbatt.eu
http://www.ifam.fraunhofer.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Materialwissenschaften:

nachricht Vorbild Delfinhaut: Elastisches Material vermindert Reibungswiderstand bei Schiffen
27.06.2017 | Fraunhofer IFAM

nachricht Makro-Mikrowelle macht Leichtbau für Luft- und Raumfahrt effizienter
23.06.2017 | Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung IAP

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Materialwissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Vorbild Delfinhaut: Elastisches Material vermindert Reibungswiderstand bei Schiffen

Für eine elegante und ökonomische Fortbewegung im Wasser geben Delfine den Wissenschaftlern ein exzellentes Vorbild. Die flinken Säuger erzielen erstaunliche Schwimmleistungen, deren Ursachen einerseits in der Körperform und andererseits in den elastischen Eigenschaften ihrer Haut zu finden sind. Letzteres Phänomen ist bereits seit Mitte des vorigen Jahrhunderts bekannt, konnte aber bislang nicht erfolgreich auf technische Anwendungen übertragen werden. Experten des Fraunhofer IFAM und der HSVA GmbH haben nun gemeinsam mit zwei weiteren Forschungspartnern eine Oberflächenbeschichtung entwickelt, die ähnlich wie die Delfinhaut den Strömungswiderstand im Wasser messbar verringert.

Delfine haben eine glatte Haut mit einer darunter liegenden dicken, nachgiebigen Speckschicht. Diese speziellen Hauteigenschaften führen zu einer signifikanten...

Im Focus: Kaltes Wasser: Und es bewegt sich doch!

Bei minus 150 Grad Celsius flüssiges Wasser beobachten, das beherrschen Chemiker der Universität Innsbruck. Nun haben sie gemeinsam mit Forschern in Schweden und Deutschland experimentell nachgewiesen, dass zwei unterschiedliche Formen von Wasser existieren, die sich in Struktur und Dichte stark unterscheiden.

Die Wissenschaft sucht seit langem nach dem Grund, warum ausgerechnet Wasser das Molekül des Lebens ist. Mit ausgefeilten Techniken gelingt es Forschern am...

Im Focus: Hyperspektrale Bildgebung zur 100%-Inspektion von Oberflächen und Schichten

„Mehr sehen, als das Auge erlaubt“, das ist ein Anspruch, dem die Hyperspektrale Bildgebung (HSI) gerecht wird. Die neue Kameratechnologie ermöglicht, Licht nicht nur ortsaufgelöst, sondern simultan auch spektral aufgelöst aufzuzeichnen. Das bedeutet, dass zur Informationsgewinnung nicht nur herkömmlich drei spektrale Bänder (RGB), sondern bis zu eintausend genutzt werden.

Das Fraunhofer IWS Dresden entwickelt eine integrierte HSI-Lösung, die das Potenzial der HSI-Technologie in zuverlässige Hard- und Software überführt und für...

Im Focus: Can we see monkeys from space? Emerging technologies to map biodiversity

An international team of scientists has proposed a new multi-disciplinary approach in which an array of new technologies will allow us to map biodiversity and the risks that wildlife is facing at the scale of whole landscapes. The findings are published in Nature Ecology and Evolution. This international research is led by the Kunming Institute of Zoology from China, University of East Anglia, University of Leicester and the Leibniz Institute for Zoo and Wildlife Research.

Using a combination of satellite and ground data, the team proposes that it is now possible to map biodiversity with an accuracy that has not been previously...

Im Focus: Klima-Satellit: Mit robuster Lasertechnik Methan auf der Spur

Hitzewellen in der Arktis, längere Vegetationsperioden in Europa, schwere Überschwemmungen in Westafrika – mit Hilfe des deutsch-französischen Satelliten MERLIN wollen Wissenschaftler ab 2021 die Emissionen des Treibhausgases Methan auf der Erde erforschen. Möglich macht das ein neues robustes Lasersystem des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnologie ILT in Aachen, das eine bisher unerreichte Messgenauigkeit erzielt.

Methan entsteht unter anderem bei Fäulnisprozessen. Es ist 25-mal wirksamer als das klimaschädliche Kohlendioxid, kommt in der Erdatmosphäre aber lange nicht...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Internationale Fachkonferenz IEEE ICDCM - Lokale Gleichstromnetze bereichern die Energieversorgung

27.06.2017 | Veranstaltungen

Internationale Konferenz zu aktuellen Fragen der Stammzellforschung

27.06.2017 | Veranstaltungen

Fraunhofer FKIE ist Gastgeber für internationale Experten Digitaler Mensch-Modelle

27.06.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Der Krümmung einen Schritt voraus

27.06.2017 | Informationstechnologie

Internationale Fachkonferenz IEEE ICDCM - Lokale Gleichstromnetze bereichern die Energieversorgung

27.06.2017 | Veranstaltungsnachrichten

Überschwemmungen genau in den Blick nehmen

27.06.2017 | Informationstechnologie