TheBatE

Thermomanagement für Batteriesysteme im E-Fahrzeug (TheBatE)

Zur Reichweitenerhöhung von Elektrofahrzeugen und zum Schutz des Batteriesystems vor thermischer Überlastung soll ein passives Thermomanagement entwickelt. Dies wird über eine Kombination von Metallschaum mit Phase Change Material realisiert, einem Verbund mit anwendungsspezifisch einstellbaren thermischen und mechanischen Eigenschaften.

© Fraunhofer IWU@OHLF

Potentielle Anwendungsgebiete von PCM-Metallschaum Verbunden

© Fraunhofer IWU@OHLF

Kombination der vorteilhaften Eigenschaften unter Beseitigung der Anwendungshemmnisse von PCM und Metallschaum

Batterien erzeugen im Betriebsfall, d.h. sowohl bei der Energieabgabe, wie auch der Energieaufnahme eine Verlustleistung durch ihren inneren elektrischen Widerstand. Die Verlustleistung äußert sich in einer Erwärmung der betreffenden Batteriezellen. Die Größe der Verlustleistung hängt von einer Reihe Faktoren ab: Größe der Belastung, Aufbau der Zelle, Betriebstemperatur und anderen. In jedem Fall wirkt sich eine übermäßige Erwärmung der Batteriezellen negativ auf deren Leistungsfähigkeit (erzeugte Spannung) und Lebensdauer aus. Aktive Kühlung bedeutet einen zusätzlichen Energieaufwand, welcher in einem Elektrofahrzeug ebenfalls von den Batteriezellen zu bewerkstelligen wäre. Zurzeit sind Batterien der limitierende Faktor in Elektrofahrzeugen, d.h. die Leistungsfähigkeit der Batteriezellen bestimmt die Fahrleistungen und vor allem die Reichweite der Fahrzeuge. Jede zusätzliche Belastung über den Fahrzeugantrieb hinaus ist somit reichweitenrelevant.

Im Projekt soll ein passives Kühlsystem, welches ohne zusätzliche Energie auskommt entwickelt werden. Besonders innovativ ist die Infiltration des in diesem Fall geschlossenporigen Aluminiumschaums mit Phase Change Material (PCM). PCM machen das physikalische Prinzip der Schmelzenthalpie beim Phasenübergang fest-flüssig nutzbar. Der Phasenübergang ist reversibel und auf einen eng begrenzten Temperaturbereich definiert. Je nach Richtung des Phasenübergangs kann Energie vom Material aufgenommen bzw. abgegeben werden. Der Aluminiumschaum dient in diesem Fall als Trägermaterial für das PCM und gewährleistet die Wärmeleitung in das PCM. Der Aluminiumschaum-Kern kann somit, zusätzlich zu den Funktionen Intrusionsschutz und Energieaufnahme im Crashfall, das Glätten thermischer Lastspitzen sowie das Puffern überschüssiger Wärme übernehmen.

Schwerpunkte des Projekts TheBatE:

-    Entwicklung einer neuartigen passivem Temperierung für E-Fahrzeugkomponenten

-    Anforderungsgerechte Herstellung von PCM-Aluminiumschaumhalbzeugen

-    Infiltrationstechnologie für geschlossenporigen Metallschaum mit PCM

-    Eigenschaftscharakterisierung

-    Funktionsintegration: Integration des Thermomanagements zusätzlich zu mechanischen Funktionen, sowie von Crash- und Intrusionsschutz in einem     Verbundmaterial

Das Projekt wird vom Land Niedersachsen (Fördernummer VWZN2990) gefördert.