TheBatE

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

Batterien erzeugen im Betrieb, 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 »TheBatE« vom Fraunhofer-Projektzentrum Wolfsburg 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 macht 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.