Leichtbau Leichtere Batterien für Elektroautos

Redakteur: Linda Kuhn

Bei Elektrofahrzeugen sind schwere Batterien nach wie vor ein Problem. Deshalb hat das Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT nun ein leichtes Batteriepack speziell für Elektrofahrzeuge entwickelt. Damit würden 20 % an Gewicht wegfallen.

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Der Sonderwerkstoff Forta H1000 von Outokumpu ermöglicht die Umsetzung konstruktiver Leichtbaumaßnahmen im Energiepack.
Der Sonderwerkstoff Forta H1000 von Outokumpu ermöglicht die Umsetzung konstruktiver Leichtbaumaßnahmen im Energiepack.
(Bild: Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT, Aachen)

Im Rahmen des Projekts „Fraunhofer Systemforschung Elektromobilität II (Fsem II)“ wurde das sogenannte „Leichtbau-Energiepack“ erarbeitet. In dem Forschungsprojekt werden verschiedene Leichtbautechniken sowie neuartige Kühl- und Aufbaustrategien eingesetzt. Dabei integriert es die verschiedenen Komponenten der Fraunhofer-Institute ISE, IWM und Umsicht. Neben der Entwicklung von Batteriesystemen sind die Produktions- und Konstruktionstechniken für die Erstellung des Leichtbau-Energiepackgehäuses essenziell für die sichere und kosteneffiziente Nutzung in elektromobilen Anwendungen. Der austenitische ultrahochfeste Mncr-Werkstoff Forta H1000 von Outokumpu konnte dabei eingesetzt werden und ermöglichte die Umsetzung konstruktiver Leichtbaumaßnahmen bei einem gleichzeitig hohen Sicherheitsniveau.

Hohe Steifigkeit bei dünner Wandstärke

Mit ihrer aktuellen Kooperation wollen die Projektpartner das Leichtbaupotenzial der Forta H-Güten für die Elektromobilität voll ausschöpfen. „Ein hohes Energieaufnahmevermögen und eine erhöhte Steifigkeit bei dünneren Wandstärken sind maßgebliche Eigenschaften für die Entwicklung zukünftiger Leichtbaukonstruktionen im Automobilbau. Die Forta H-Güten erfüllen diese Anforderungen“, erklärt Stefan Lindner, Senior Technical Manager Automobilbau bei Outokumpu. Der Werkstoff zeichne sich durch eine spezielle Mangan(Mn)-Chrom(Cr)-Verbindung und ein vollaustenitisches Gefüge aus. Der Twip-Verfestigungsmechanismus1 sorge für erhöhte Crashsicherheit. „Neben dem direkten Leichtbau durch die Darstellbarkeit teils komplexer Bauteile mit großer Steifigkeit bei gleichzeitig reduzierter Blechdicke kann dank des hohen Energieabsorptionspotenzials der H-Serie auch indirekter Leichtbau mittels Ausdünnung benachbarter Komponenten realisiert werden. Mit diesen Eigenschaften ermöglicht das Hochleistungsmaterial neue Leichtbaupotenziale im Fahrzeugbau, und zwar auch im Bereich der Elektromobilität“, so Lindner.

20 % weniger Gewicht

Da die Batterien bei Elektrofahrzeugen meist im Unterboden verbaut sind, gelten für die Ummantelung hohe Anforderungen an Festigkeit und Crashsicherheit. Gleichzeitig müssen die Strukturen möglichst leicht und kompakt sein, weshalb herkömmliche Werkstoffe wie Aluminium oder Kohlenstoffstähle an ihre Grenzen stoßen. „Mit Forta H1000 konnten wir trotz schlanker Strukturen eine sichere Ummantelung schaffen und dadurch Gewicht einsparen. Durch die Verwendung von 1,2 mm starken Blechen anstelle von 1,5 mm Wandstärke fallen 20 % Gewicht weg“, beschreibt Paul Heinen, Leiter des Projekts Fsem II am Aachener ILT. Für eine gewichtsoptimierte Konstruktion des Packs wurde Forta H1000 mit einer Dicke von 1,2 mm mit Organoblech mit einer Dicke von 3 mm kombiniert. Der modulare und austauschbare Aufbau des Leichtbau-Energiepackgehäuses mache eine einfache Zugänglichkeit der Komponenten erforderlich, weshalb eine Rahmenkonstruktion mit integrierten Versteifungsblechen erstellt wurde. Die Verschweißung der Stahlelemente erfolgte durch Einsatz eines Tiefschweißprozesses mit CO2-Laserstrahlung. Durch die Anordnung der Verbindungsstellen konnten Eigenspannungen und Verzug minimiert werden, sodass lediglich eine lokale Anlassbehandlung nach dem Schweißen erforderlich sei.

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