Das Gewicht konnte gegenüber Aluminiumgehäusen um 40 Prozent reduziert werden – was sich auch positiv auf die Reichweite und die Dynamik der E-Fahrzeuge auswirken werde. Zudem soll durch ein spezielles Verfahren, mit dem die Batteriepacks produziert werden, die Kosten für Produktion wesentlich günstiger ausfallen.
Das Forscherteam des Fraunhofer LBF hat ein Leichtbau-Batteriepackgehäuse aus Endlosfaser verstärkten Thermoplasten im Sandwichaufbau hergestellt und nutzte dazu ein neuartiges Verfahren, das den hocheffizienten Schaumspritzguss mit thermoplastischen FKV kombiniert. Dieses sogenannte In-Situ FKV-Sandwich-Verfahren soll die Herstellung fertiger Leichtbau-Batteriegehäuse innerhalb von rund zwei Minuten ohne Nachbearbeitung ermöglichen.
Darüber hinaus ließen sich laut Fraunhofer Funktionen, wie die thermische Isolationsfähigkeit des hergestellten Batteriegehäuses, im gleichen Prozessschritt integrieren, was mit klassischen metallischen Konstruktionsmaterialien und Fertigungsverfahren nicht möglich sein soll. Durch die Wahl geeigneter Flammschutzmittel und Strukturen sei ein hoher Widerstand gegenüber offenen Flammen sowie thermischen Energieeinträgen erzielbar, wie sie etwa bei einem möglichen Zellbrand oder den UN ECE R100-Prüfungen auftreten können.
Materialkosten deutlich reduziert
Das Leichtbau-Batteriepack ist aufgebaut aus einem Gehäuse sowie Zellhaltern aus Faserverbundwerkstoffen. Dabei besteht das Gehäuse aus UD-Tapes von Sabic, welche zunächst verwoben und anschließend konsolidiert werden. Das sich aus diesem Prozessschritt ergebende Schachbrettmuster-Laminat wird anschließend vorgeformt und in ein speziell entwickeltes hybrides Schaumspritzgusswerkzeug beidseitig eingelegt. Durch die gezielte Injektion eines Integralschaums zwischen die Laminate entsteht auf diese Weise das Gehäuse mit Faserverbunddecklagen und einem Schaumkern. Diese Sandwichkonstruktion führe zu höchsten gewichtsspezifischen mechanischen Eigenschaften und reduziere gleichzeitig den Materialeinsatz der verwendeten Faserverbund-Laminate, verspricht Fraunhofer. Die damit einhergehende Verringerung der Materialkosten führe in Kombination mit den sehr kurzen Zykluszeiten zu geringen Bauteilkosten.
Neben dem Verfahren zur effizienten Fertigung der Batteriegehäuse als Faserverbund-Sandwich Konstruktion entwickelten die Darmstädter Forscher auch simulationsgestützte Methoden, mit denen sich die Fertigungsqualität vorhersagen und somit die Vorauslegung sowie Fertigung deutlich vereinfachen lässt.