Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Entwicklung einer gewichtsoptimierten Batteriegehäusestruktur für Volumenfahrzeuge

Es existieren vielfältige Anforderungen an Antriebsbatterien von vollelektrischen Fahrzeugen, welche mit Zielkonflikten hinsichtlich Crashsicherheit, Package, Kühlung, Dichtigkeit, Korrosionsschutz und elektromagnetischer Abschirmung einhergehen. Bei der Entwicklung müssen vor allem Kompromisse hinsichtlich der Masse (von Batterie und Batteriegehäuse) und der Sicherheit (der Batteriezellen im Crashfall) gefunden werden. Dazu existieren verschiedene Sicherheitsnormen aus den Gesetzgebungen unterschiedlicher Märkte und Regionen. Um den teils gegensätzlichen Anforderungen gerecht zu werden und den dargestellten Zielkonflikt aufzulösen, soll im Rahmen des Projektes eine integrative, gewichtsoptimierte Batteriegehäusestruktur für Volumenfahrzeuge entwickelt werden.

Basierend auf einem bestehenden, vorwettbewerblichen, volumen-fahrzeugtauglichen Fahrzeugmodell sollen Konzepte für Batteriegehäuse erarbeitet werden, die im Sinne des Systemleichtbaus eine Funktionsintegration mit angrenzenden Bauteilen aufweisen. Die Konzeptentwicklung berücksichtigt dabei neben den mechanischen Vorgaben auch Anforderungen an Dichtheit, Korrosion und Temperatur des Gehäuses und der Fügestellen.

Im Bereich der Entwicklung und Auslegung von Fahrzeugstrukturen sind zahlreiche KMUs tätig, z.B. Prototypenhersteller, Zulieferer, Klebstoffhersteller, Fügesystemhersteller, Ingenieurbüros und Prüfanlagenhersteller. Gerade kleine und mittlere Unternehmen in diesen Bereichen verfügen in der Regel nicht über die notwendigen finanziellen Mittel, um den nötigen Forschungsaufwand für die Konzipierung von neuartigen gewichtsoptimierten Bauweisen bzw. für die Weiterentwicklung bestehender eigener Fertigungsprozesse in Bezug auf Fragestellungen der Elektromobilität aufzubringen. Durch das Forschungsvorhaben wird ihnen die Möglichkeit eines Innovationsvorsprungs gegeben, um eine gute Ausgangsposition für den steigenden nationalen und vor allem internationalen Wettbewerb zu erhalten.

Ergebniszusammenfassung:

Unter Berücksichtigung großserientauglicher Herstellungsverfahren und Fügekonzepten in Mischbauweise erfolgte die Entwicklung von neuartigen Bauweisen für gewichtsoptimierte Batteriegehäusestrukturen für Volumenfahrzeuge.

Dazu erfolgte zunächst eine umfassende Analyse des Stands der Technik aktueller Batteriegehäusekonzepte von Fahrzeugherstellern und Zulieferern sowie eine Zusammenfassung relevanter Normen und Anforderungen. Basierend auf einem virtuellen Referenzfahrzeugmodell (ALIVE) wurden verschiedene Entwurfskonzepte von Batteriegehäusen erstellt und das geeignetste ausgewählt, welches im Detail ausgelegt und untersucht wurde. Der Einsatz etablierter Fertigungs- und Fügeverfahren stellte die im Projekt verfolgte Volumentauglichkeit sicher. Zur Prüfung der mechanischen Leistungsfähigkeit des integrierten Batteriegehäuses wurden die in der Anforderungsliste definierten Lastfälle auf Systemebene und auf Gesamtfahrzeugebene simulativ überprüft.

Die Auswahl der Fügetechnik erfolgte auf Basis der aus dem Entwurfskonzept resultierenden Randbedingungen. Zur Überprüfung der Dichtheit der ausgewählten Fügetechnik erfolgten Dichtheitsprüfungen an Prüfkörpern im Labormaßstab sowie an Musterbauteilen. Bei den Dichtheitsuntersuchungen am Musterbauteil konnten die Leckagen bei zyklischer mechanischer Belastung an der Stelle der höchsten mechanischen Belastung lokalisiert werden.

Die erzielten Projektergebnisse bieten vor allem KMU, die in der Regel nicht über die notwendigen finanziellen Mittel verfügen den nötigen Forschungsaufwand für die Weiterentwicklung bestehender eigener Fertigungsprozesse in Bezug auf Fragestellungen der Elektromobilität zu betreiben, wichtige Erkenntnisse. Die erzielten Ergebnisse geben den beteiligten Unternehmen die Möglichkeit eines Innovationsvorsprungs, um eine gute Ausgangsposition für den steigenden nationalen und vor allem internationalen Wettbewerb, der durch die geforderte Elektrifizierung der Mobilität entsteht, zu erhalten.