Elektromobilität ist von höchster Relevanz, sowohl im Automobil als auch in Bussen, LKW und zunehmend auch in der Luftfahrt. Unabhängig von der Materialklasse von Batterieghäusen ist das sogennante Thermische Durchgehen der Zellen und die damit verbundenen thermischen und mechanischen Lasten der herausfordernste Lastfall und hat enormen Einfluss auf die Materialauswahl, Bauweise, Schutzmaßnahmen und letztendlich auf Gewicht, Kosten sowie CO2-Fußabdruck. Die AZL Aachen GmbH freut sich daher, den Start von zwei Joint-Partner-Projekten bekannt zu geben, die sich dieser Herausforderung annehmen. Die Projekte, „Emerging Battery Storage Technologies“ und „Thermal Propagation in BEV Battery Casings“, zielen auf eine Verbesserung von Design und Auswahl von Bauweisen sowie des Entwicklungsprozesses von Batteriegehäusen ab.  

Emerging Battery Storage Technologies

Das erste Projekt thematisiert Design und Anforderungen von Batteriegehäusen und wie sich diese Aspekte im Zuge der zukünftigen Batterietechnologien verändern werden. Im Bereich der Zell-Chemien gibt es kontinuierliche Innovationen. Die Zell-Konfiguration und insbesondere die Zell-Chemie hat 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 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.

Das Projekt wird eine Markt- und Technologieanalyse zu verschiedenen Zell-Technologien sowie die Entwicklung von Designkonzepten und Kosten-Nutzen-Bewertungen von Gehäusekonzepten umfassen. Teilnehmer erhalten wertvolle Einblicke in die Wettbewerbsfähigkeit von Gehäusedesigns basierend auf Stahl, Aluminium, Kunststoffen sowie Multi-Material-Bauweisen.

Thermal Propagation in BEV Battery Casings

Bei dem zweiten der beiden Projekte wird konkret 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.

„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. Damit sollen Zeit und Kosten durch reduzierte Testkampagnen eingespart und eine bessere Bewertung von Werkstoffkonzepten ermöglicht werden“, sagt Philipp Fröhlig, Head of Industrial Services bei der AZL Aachen GmbH.

Das Projekt ist in drei Phasen unterteilt. Die Basis bildet eine umfangreiche Anlayse 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 werden Richtlinien zur Anwendung der Methode bereit gestellt.

Möglichkeit zur Teilnahme

Die neuen „Joint Partner Projekte“ starten am 11.09.2024. Interessierte Unternehmen haben bis dahin die Möglichkeit, den Konsortien beizutreten. Teilnehmende können ihre spezifischen Interessen adressieren und damit die auf neun Monate angesetzten Projekte in gewissem Maße mitsteuern. Die regelmäßigen Projekttreffen bieten den Vertreterinnen und Vertreter der Firmen zudem eine exzellente Plattform, um mit Gleichgesinnten zu netzwerken, neue Geschäftskontakte zu knüpfen und im direkten Austausch interessante Informationen aus dem Markt zu erhalten.

Einer der Partner, der bereits feststeht, ist die Audi AG. Dr. Florian Meyer, Head of Development in CAE-Simulation für Rohkarosserien, sagt: „Wir haben 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."