Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPTForschungsprojekt »LightMat Battery Housing«
Batteriegehäuse aus faserverstärkten Kunststoffen
Die heutigen Batteriegehäuse in Elektrofahrzeugen bestehen aus Aluminiumdruckgusswannen und aus aufwändig verschweißten, tiefgezogenen Konstruktionen aus Stahlblech oder Aluminium. Mit mehr als 500 Kilogramm beansprucht die Antriebsbatterie samt Gehäuse bei reichweitenstarken Elektrofahrzeugen heute oft bis zu einem Drittel des Gesamtgewichts eines Fahrzeugs. Wird das Metall der Umhausung durch Kunststoff ersetzt, können etwa 15 Prozent des Gewichts eingespart werden. Ziel des Verbundprojekts »LightMat Battery Housing« war es deshalb, faserverstärkte Halbzeuge mit speziellen Funktionalisierungen wie integrierten Leiterbahnen und Kühlmittelkanälen oder elektromagnetischer Verträglichkeit (EMV) zu entwickeln. Diese Halbzeuge sollen in Serie zu hochbelastbaren Batteriegehäusen aus Faserverbundkunststoff für Elektrofahrzeuge weiterverarbeitet werden. Durch die Funktionalisierung erhalten die Halbzeuge die erforderlichen Eigenschaften für Batteriegehäuse, sind aber deutlich leichter als die heutigen Gehäuse aus Metall.
Entwicklung der Halbzeuge entlang der gesamten Wertschöpfungskette
Der Fokus des Projekts lag auf der Entwicklung individueller unidirektionaler Tapematerialien, sogenannter UD-Tapes, und eines Herstellungsprozesses zum UD-Tapegelegen, mit dem sich die gewünschten Funktionen in ein Batteriegehäuse integrieren lassen. Für die Werkstoffentwicklung und Verarbeitung dieser Laminate hat sich das Fraunhofer IPT gemeinsam mit Partnern in einem Projektkonsortium zusammengeschlossen, das Kompetenzen entlang der gesamten Wertschöpfungskette abdeckt: Das Institut für Kunststoffverarbeitung (IKV) an der RWTH Aachen stellte mit seinem Know-how in der Materialentwicklung das funktionalisierte UD-Tape bereit. Der Entwicklungsdienstleister PART Engineering GmbH brachte seine Expertise in der Kunststoffsimulation in das Projekt ein, um das Verhalten des neuen UD-Tapes in der Weiterverarbeitung zu bewerten und zu optimieren. Darüber hinaus profitierte das Projekt durch die Mitarbeit der FRIMO Group GmbH als Hersteller von Fertigungsanlagen und der Kautex Textron GmbH & Co. KG als Endverarbeiter und Verwerter. Beide Projektpartner ließen ihre Praxiserfahrungen aus der industriellen Fertigung direkt in die Materialentwicklung und in die Herstellungsprozesse einfließen.
Serienfertigung von Halbzeugen für FVK-Batteriegehäuse
Das Fraunhofer IPT entwickelte den Herstellungsprozess, um aus den neuen UD-Tapes individuell angepasste Tapegelege zu fertigen. Darüber hinaus verbesserten wir unsere Anlagen- und Prozesstechnik kontinuierlich weiter, um während des Tapelegeprozesses Funktionselemente in die Laminate zu integrieren. Solche Funktionselemente konnten beispielsweise Leiterbahnen, Kühlmittelkanäle oder leitfähige Gitter für den EMV-Schutz sein. Besonders anspruchsvoll war es hier, die guten mechanischen Eigenschaften von faserverstärkten Kunststoffe zu bewahren und gleichzeitig die zusätzlichen Funktionen des Laminats in nachgelagerten Prozessschritten wie dem Umformen und Hinterspritzen oder Hinterpressen zu bewahren. Durch die automatisierte Integration der Funktionselemente während des Herstellungsprozesses werden sich zukünftig auch weitere attraktive Anwendungsfelder für verschiedene Industriebranchen erschließen lassen.
Konsortium
- Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT, Deutschland
- FRIMO Group GmbH, Deutschland
- Kautex Textron GmbH & Co. KG, Deutschland
- PART Engineering GmbH, Deutschland
- Vereinigung zur Förderung des Instituts für Kunststoffverarbeitung (IKV) in Industrie und Handwerk an der RWTH Aachen e.V., Deutschland
Fördergeber
- Projektträger Jülich NeueWerkstoffe.NRW