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Jun 13, 2023

Große Batteriegehäuse aus Kunststoffserie

Technische Kunststoffe wie Polyamid 6 bieten zahlreiche Vorteile für die Gestaltung von Batteriegehäusen für Elektrofahrzeuge – hinsichtlich Nachhaltigkeit, Herstellungskosten, Gewichtseinsparung usw

Technische Kunststoffe wie Polyamid 6 bieten zahlreiche Vorteile für die Gestaltung von Batteriegehäusen für Elektrofahrzeuge – zum Beispiel im Hinblick auf Nachhaltigkeit, Herstellungskosten, Gewichtseinsparung und wirtschaftliche Funktionsintegration. Allerdings bestanden bislang Zweifel, ob diese großen und komplexen Bauteile auch den sehr hohen Anforderungen an mechanische Festigkeit und Flammschutzeigenschaften genügen. Kautex Textron und LANXESS haben genau dies nun umfassend anhand eines gemeinsam entwickelten Technologiedemonstrators aus Polyamid 6 untersucht. LANXESS war für die Materialentwicklung und Kautex Textron für das Engineering, Design und den Herstellungsprozess des Demonstrators verantwortlich.

„Der seriennahe Demonstrator besteht alle für solche Gehäuse relevanten mechanischen und thermischen Tests. Darüber hinaus wurden beispielsweise Lösungen für das Thermomanagement und die Dichtheit des Gehäuses entwickelt. Damit ist die technische Machbarkeit dieser komplexen und hochbeanspruchten Sicherheitskomponenten bewiesen“, erklärt Dr. Christopher Hoefs, Projektleiter e-Powertrain bei LANXESS. Derzeit wird ein Gehäuse-Prototyp in einem Testfahrzeug auf der Straße getestet, um seine Alltagstauglichkeit zu überprüfen. „Derzeit gehen wir gemeinsam mit Automobilherstellern erste Serienentwicklungsprojekte an, um die neue Technologie in die Serienproduktion umzusetzen“, erklärt Felix Haas, Leiter Produktentwicklung bei Kautex Textron.

„Berechnungen ergaben, dass der CO2-Fußabdruck des Kunststoffgehäuses im Vergleich zu einer Aluminiumkonstruktion um über 40 Prozent kleiner ist. „Der geringere Energieeinsatz bei der Herstellung von Polyamid 6 im Vergleich zu Metall sowie weitere Faktoren – etwa der Verzicht auf eine aufwändige kathodische Tauchlackierung zur Vermeidung von Korrosion bei der Verwendung von Stahl – tragen dazu bei, den CO2-Fußabdruck zu minimieren“, sagt Hoefs. Das thermoplastische Bauteildesign erleichtert außerdem das Recycling des Gehäuses im Vergleich zu duroplastischen Materialien wie beispielsweise Sheet Moulding Compounds (SMC).

Die Tests am Technologiedemonstrator wurden nach international anerkannten Standards für batteriebetriebene Elektrofahrzeuge wie ECE R100 der Wirtschaftskommission für Europa oder der chinesischen Norm GB 38031 durchgeführt. Das großformatige Vollkunststoffgehäuse misst ca 1.400 Millimeter Länge und Breite bewiesen in allen relevanten Tests seine Leistungsfähigkeit. Es erfüllt beispielsweise die Anforderungen des mechanischen Schocktests, mit dem das Verhalten des Bauteils bei starken Erschütterungen untersucht wird, und des Crush-Tests, mit dem die Entwickler die Widerstandsfähigkeit des Batteriegehäuses bei starken Erschütterungen untersuchen langsame Verformung. Auch die Ergebnisse der Fall- und Vibrationstests waren positiv, ebenso wie die des Bodenaufpralltests. Bei diesem Test wird die Stabilität der meist im Fahrzeugboden untergebrachten Batterien bei Bodenkontakt der Fahrzeugstruktur oder beim Aufprall größerer Steine ​​untersucht. „Alle Testergebnisse bestätigen die vorherigen Simulationen und Berechnungen. In keinem der Belastungsfälle wäre es zu einem kritischen Versagen des Kunststoffgehäuses gekommen“, erklärt Haas. Der Demonstrator bewies außerdem seine Widerstandsfähigkeit gegenüber externen Brandquellen unterhalb des Fahrzeugs gemäß ECE R100 (externer Brand).

Der Demonstrator wurde auf Basis des Aluminium-Batteriegehäuses eines mittelgroßen Elektrofahrzeugs entwickelt und für die Massenproduktion konzipiert. Es wird in einem einstufigen Formpressverfahren mit einer Formmasse auf Basis des Polyamid-6-Compounds Durethan B24CMH2.0 von LANXESS hergestellt und bedarf keiner weiteren Nacharbeit. Crashrelevante Bereiche werden durch lokal platzierte Zuschnitte aus dem endlosfaserverstärkten Polyamid-6-basierten Verbundwerkstoff Tepex dynalite 102-RGUD600 speziell verstärkt. Gegenüber einer Aluminiumkonstruktion ergibt sich eine Gewichtsersparnis von rund 10 Prozent, was sich positiv auf die Reichweite und damit den CO2-Fußabdruck des Fahrzeugs auswirkt. Durch die Integration von Funktionen – etwa der Befestigungselemente, Verstärkungsrippen und Komponenten für das Thermomanagement – ​​reduziert sich die Anzahl der Einzelkomponenten im Vergleich zur Metallbauweise deutlich, was den Montage- und Logistikaufwand vereinfacht und die Herstellungskosten senkt.

Ausführlichere Informationen zu LANXESS-Produkten und -Technologien für den Bereich neue Mobilität und Batterieinnovationen von Kautex Textron finden Sie unter https://lanxess.com/de/Produkte-und-Lösungen/Focus-Themen/LANXESS-e-Mobility und www.kautex.com/en/mobility/battery-systems.

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Sprecher Handel & Technische Medien