RWTH Aachen vertieft mit Partnern die Forschung zu Batteriegehäusen

Aus der bisherigen Kooperation mit insgesamt 79 Projektteilnehmern hat das Netzwerk des Aachener Zentrums für integrativen Leichtbau zwei Folgeprojekte definiert, die sich mit dem Gehäuse-Design für zukünftige Zell-Technologien sowie Methoden zur Simulation der Lasten im Falle eines Zellversagens beschäftigen. Kick-Off ist jeweils am 11. September 2024. Bis dahin können sich den beiden Konsortien noch Unternehmen mit Interesse an Batteriegehäusen anschließen. Zugesagt haben bisher bereits u.a. Audi, Magna Steyr Fahrzeugtechnik, Posco und Syensqo.

Das Gehäuse spielt bei dem Aufbau der Batterie aus Sicht der Initiatoren alles andere als eine Nebenrolle. Variationsmöglichkeiten gibt es bei der Materialauswahl, der Bauweise und den Schutzmaßnahmen, was wiederum Gewicht, Kosten sowie CO2-Fußabdruck bedingt. Gleich zwei Projekte sollen den Fokus auf die Gehäuse nun schärfen: „Emerging Battery Storage Technologies“ und „Thermal Propagation in BEV Battery Casings“.

Das erste Projekt „Emerging Battery Storage Technologies“ thematisiert Design und Anforderungen von Batteriegehäusen und wie sich diese Aspekte im Zuge der zukünftigen Batterietechnologien verändern werden. Denn: Die Zell-Konfiguration und insbesondere die Zell-Chemie hat laut den Projektinitiatoren großen Einfluss auf die Bauweise von Batteriegehäusen, sowohl hinsichtlich Größe und Temperierung im Normalbetrieb als auch dem notwendigen Schutzlevel im Falle von Störereignissen, wie Unfällen und dem Thermischen Durchgehen. Das Projekt wird eine Markt- und Technologieanalyse zu verschiedenen Zell-Technologien sowie die Entwicklung von Designkonzepten und Kosten-Nutzen-Bewertungen von Gehäusekonzepten umfassen.

„Das neue Projekt stellt eine logische Weiterentwicklung unserer früheren Initiativen dar und zielt darauf ab, wertvolle Einblicke in die Zukunft des Batteriegehäusedesigns zu geben. Indem wir die Eigenschaften neuer
Batteriechemien hinsichtlich des Einflusses auf das Gehäusedesign analysieren und den Anwendungsbereich auf verschiedene Fahrzeugtypen ausdehnen, wird das Projekt umfassende Einblicke für die Akteure der gesamten Wertschöpfungskette hinsichtlich der zukünftigen Wettbewerbsfähigkeit unterschiedlicher Werkstoff-, Design- und Produktionskonzepte liefern“, sagt Warden Schijve, Design Leader und Experte im Bereich Batteriegehäuseentwicklung bei der AZL Aachen GmbH.

Bei dem zweiten Projekte „Thermal Propagation in BEV Battery Casings“ wird die Fragestellung behandelt, wie die tatsächlich im Fall des Thermischen Durchgehens auftretenden Belastungen genauer vorhergesagt und so das Zell- und Gehäuseverhalten weiter verbessert werden kann. Das Projekt ist dazu in drei Phasen unterteilt: Die Basis bildet eine umfangreiche Analyse des zeitlichen Ablaufs, der Lasten, den Einfluss von Zell-Charakteristika sowie geeigneten Modellen mit Bezug zum Thermischen Durchgehen. Anschließend werden Analysemethoden erarbeitet und bewertet, die eine Vorhersage der
Lasten zur Integration in CAE Analysen für die Bauteilentwicklung ermöglichen. Abschließend wollen die Teilnehmer Richtlinien zur Anwendung der Methode bereitstellen.

„Die hohen thermischen Belastungen im Fall des Thermischen Durchgehens stellen sehr hohe Anforderungen an die Auswahl von Werkstoffen für die Struktur von Batterieghäusen. Unser Ziel ist es in den frühen Entwicklungsphasen zu progonostizieren, wie sich Batteriegehäuse in Abhängigkeit der Bauweise im Fall des Thermischen Durchgehens verhalten und ob die Sicherheitsanforderungen erfüllt werden“, sagt Philipp Fröhlig, Head of Industrial Services bei der AZL Aachen GmbH. Damit sollen Zeit und Kosten durch reduzierte Testkampagnen eingespart und eine bessere Bewertung von Werkstoffkonzepten ermöglicht werden.

Als einer der bereits feststehenden Projektpartner kommt auch die Audi AG zu Wort. Laut Dr. Florian Meyer, Head of Development in CAESimulation für Rohkarosserien, hat Audi bereits an vier Projekten der AZL als Joint Partner
teilgenommen, die sich mit dem Design von Kunststoffgehäusen für Batterien und der Entwicklung von anwendungsorientierten Testmethoden befasst haben. „Wir haben in diesem Zusammenhang wertvolle Kontakte für unsere Lieferkette geknüpft und unser Verständnis für die Potenziale verschiedener Materialoptionen vertieft. Von den neu anlaufenden Projekten erwarten wir wertvolle Beiträge zu unseren fortschrittlichen CAE-Methoden, Einblicke in die Auswirkungen neuer Batteriespeichertechnologien und Erkenntnisse für das Design von Batteriegehäusen.“

azl-aachen-gmbh.de (PDF)