Neuartige Leichtbaubatterien für E-Autos

Höhere Reichweite, niedrigere Ladezeiten

21. Mai 2021, 16:42 Uhr   |  Kathrin Veigel

Höhere Reichweite, niedrigere Ladezeiten
© Pixabay

Forscher des Fraunhofer IWU entwickeln neue Leichtbaubatterien für Elektrofahrzeuge. Die Reichweiten der E-Autos sollen steigen, die Ladezeiten deutlich sinken.

Im EU-Forschungsprojekt MARBEL arbeiten Forscher daran, dass E-Autos zukünftig keine Nachteile bei der Reichweite mehr haben und die Ladezeiten deutlich sinken. Zugleich sollen die neuen Batterieantriebe sicherer und umweltverträglicher werden. Ein Schlüssel dafür ist recycelbarer Metallschaum.

Zusammen mit 15 Partnern aus acht Nationen beteiligt sich das Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU am EU-Forschungsvorhaben MARBEL (Manufacturing and Assembly of modular and Reusable electro vehicle Battery for Environment-friendly and Lightweight mobility). Dabei wird das IWU eine Leichtbaubatterie mit erhöhter Energiedichte und kürzeren Ladezeiten entwickeln, um die Einführung von Elektrofahrzeugen im Massenmarkt zu beschleunigen. Konkret geht es um ein neues kompaktes, modulares, gewichtsoptimiertes und hochleistungsfähiges Batteriepaket mit längerer Lebensdauer als bisherige Batterien sowie einer höheren Energie­effizienz.

Hierfür wird ein flexibles und zugleich robustes Batteriemanagement­system (BMS) für ein ultraschnelles Laden der Batterien entworfen, aufgebaut und praktisch demonstriert. Die neuen Batterien bekommen außerdem ein modulares Design, mit dem es möglich wird, Reparatur-, Wartungs- und Recyclingprozesse zu rationalisieren. Der Wert neuer Batterien bleibt demnach durch die Austauschbarkeit einzelner – auch defekter – Teile erhalten. Die Belastung für die Umwelt verringert sich.

Kaufzurückhaltung bei E-Autos abbauen

Nach den Worten von Eduard Piqueras, Koordinator von MARBEL und European Programme Manager beim Eurecat Technology Centre in Katalonien/Spanien, wird das Projekt »einen großen Einfluss auf Elektrofahrzeuge, Batterieinnovation und den Leichtfahrzeugbau haben.« Akzeptanz und Nutzung von E-Fahrzeugen sollen steigen, indem die Forschenden zwei der wichtigsten kritischen Punkte bei der Entscheidungsfindung von Autokäuferinnen und -käufern angehen, nämlich die begrenzte Autonomie des Fahrzeugs und die bisher zu lange Ladezeit für große Reichweiten.

Umweltverträglichkeit durch Prinzipien der Kreislaufwirtschaft

Das Forschungsprojekt stellt darüber hinaus Nachhaltigkeit und Prinzipien der Kreislaufwirtschaft in den Mittelpunkt. Deswegen werden die 16 Forschungspartner »Sekundärrohstoffe verwenden, an der Entwicklung eines ressourceneffizienteren Batteriesystems arbeiten und dessen einfache Demontage, Aufarbeitung und Wiederverwendung für Second-Life-Anwendungen sicherstellen«, erklärt Alberto Gómez, technischer Koordinator des MARBEL-Projekts und Leiter der Eurecat-Forschungslinie »Elektromobilität und Energiespeicherung«.

Fraunhofer IWU Metallschaum Batterie
© Fraunhofer IWU

Eine Metallschaumstruktur als Grundlage für ein Batteriegehäuse sorgt in E-Autos für den schnellen Abtransport überschüssiger Wärme. Zugleich schützt diese Struktur das Umfeld im Fall eines Crashs.

Leichtbau mit Metallschaum

Das Fraunhofer IWU steuert bei MARBEL umfangreiches Wissen über Leichtbaustrukturen in Verbindung mit einem passiven Temperatur­management der Batterien bei. Die Abteilung »Funktionsintegrierter Leichtbau« beschäftigt sich seit über 20 Jahren mit der Technologie- und Anwendungsentwicklung zellularer Metalle – auch Metallschaum genannt. Im Werkzeugmaschinenbau bereits im Serieneinsatz, bieten diese Werkstoffstrukturen herausragende Eigenschaften. Sie sind leicht und bei Crashs absorbieren sie viel Aufprallenergie.

Auch im Automobilbau gibt es erste Anwendungen und die laufenden Entwicklungen im Sektor der Batteriegehäuse sind vielfältig. Christian Hannemann, MARBEL-Projektleiter am Fraunhofer IWU, erklärt: »Insbesondere Metallschäume in Kombination mit Phasenwechselmaterial, sogenanntem PCM, ermöglichen ein passives Wärmemanagement bei Batterien. Das senkt den Energieaufwand zur Kühlung, was wiederum zur Folge hat, dass die Fahrreichweite steigt.«

Eine Metallschaumstruktur als Grundlage für ein Batteriegehäuse sorgt dabei einerseits für den schnellen Transport überschüssiger Wärme in ein Speichermedium, zum Beispiel Wachs, das in die Zellstruktur eingelagert wurde. Andererseits schützt diese Struktur die Batterie vor äußeren Einflüssen und das Umfeld vor potenziell gefährlichen Fehlfunktionen des Batteriesystems im Fall eines Unfalls.

Auf Facebook teilen Auf Twitter teilen Auf Linkedin teilen Via Mail teilen

Das könnte Sie auch interessieren

Verwandte Artikel

Fraunhofer IWU (Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik)