Forscher: „In E-Auto-Batteriegehäusen steckt noch viel Optimierungspotenzial“

Partner aus Forschung und Industrie zeigen im Projekt „CoolBat“, wie neue Konstruktionsprinzipien, Materialien und Produktionsverfahren dazu beitragen können, Gehäuse für Elektroauto-Batteriesysteme klimafreundlich herzustellen und zugleich bessere Gebrauchseigenschaften zu integrieren. Die Batteriegehäuse werden dabei leichter und sparen bis zu 15 Prozent CO2-Emissionen bei höherer Leistung des Batteriesystems, schnellerem Laden sowie mehr Reichweite.

Darüber hinaus soll die Herstellung der Batteriegehäuse im Vergleich zu bisher angewandten Verfahren deutlich effizienter werden. Koordiniert wird das Vorhaben vom Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU. „In aktuellen Batteriegehäusen steckt noch viel Optimierungspotenzial für funktionsintegrierten Leichtbau und Ressourceneffizienz“, sagt Rico Schmerler, wissenschaftlicher Mitarbeiter des Fraunhofer IWU und Koordinator von CoolBat. „Deshalb nutzen wir diese Baugruppe, um für Gehäuse der nächsten Generation CO2-einsparende Lösungen zu entwickeln und zu erproben. Wir haben aber nicht nur E-Autos im Blick. Unser Ziel ist es, die Forschungsergebnisse später auf weitere Anwendungen und Branchen zu übertragen, in denen große Batterien genutzt werden.“

Die Projektpartner wollen mehr Funktionen auf kleinerem Bauraum bei weniger Schnittstellen erreichen. Dafür kombinieren sie Einzelsysteme zu Strukturen, die thermische und mechanische Aufgaben in sich vereinen. Beispielsweise erhalten Tragstrukturen direkt eingegossene Temperierkanäle und in Bodenplatten wird die Funktion der Kühleinheit mit der des Crash-Schutzes verbunden. Das erreichen die Forschenden mit Aluminiumschaum. Das leichte Material absorbiere bei Unfällen viel Aufprallenergie. In Kombination mit Phasenwechselmaterial senke es zudem den Energieaufwand zur Kühlung der Batterie, erklären die Forscher.

Im Forschungsprojekt werden auch neue Wärmeleitwerkstoffe entwickelt und erprobt. Sie sollen bisher aufwendig hergestellte, ökologisch belastende und kostenintensive Wärmeleitpasten ersetzen. Die Werkstoffentwicklung im Projekt umfasst zudem neue Materialien für nachhaltigen Brandschutz.

15 % CO2-Einsparung pro Batteriegehäuse

„Jeder Entwicklungsschritt im Projekt wird unter dem Aspekt der CO2-Einsparung und CO2-Bindung betrachtet und bewertet. Das beginnt bei der Konstruktion, setzt sich fort mit der CO2-reduzierten Material-, Technologie- und Fertigungsauswahl und führt bis hin zur nachhaltigen Produktperformance über den gesamten Lebenszyklus“, erläutert Schmerler das Herangehen an Lebenszyklusanalyse und CO2-Bilanzierung. Damit würden etwa 15 Prozent CO2-Einsparung pro Gehäuse möglich.

Die CoolBat-Partner haben weitere positive Effekte aus den funktionsintegrierten Leichtbaulösungen errechnet: eine höhere Leistung pro Masse im Batteriesystem, schnelleres Laden sowie mehr Reichweite. CoolBat wird vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie im Rahmen der Initiative Technologietransfer-Programm Leichtbau (TTP Leichtbau) gefördert. Das Projekt ist im Mai 2021 offiziell gestartet und läuft bis April 2024.