Innovative Werkstoffe für leichte Batteriegehäuse in Elektrofahrzeugen
Mit dem wachsenden Marktanteil von Elektrofahrzeugen (EV) im Automobilbereich entsteht durch den neuen Antrieb die Notwendigkeit, Fahrzeugdesign, Konstruktion und Fertigung neu zu überdenken. Die Automobilindustrie fordert leichtere, leistungsfähigere und sicherere Produkte – die Werkstoffexperten von Envalior erfüllen diese Anforderungen mit innovativen Werkstoffen.
Auf der Konferenz der Society of Plastics Engineers (SPE) 2024 für elektrische und autonome Fahrzeuge (EAV) in Troy, Michigan, präsentierte Keith Kauffmann, Automotive Application Development Engineer bei Envalior Americas, eine Sitzung zur Entwicklung des ersten voll funktionsfähigen Hochvolt-Batteriegehäuses aus Konstruktionskunststoffen.
Die Batteriewanne, eine gemeinsame Entwicklung von Envalior und Kautex Textron, wurde in ein VW ID.3 Elektrofahrzeug nachgerüstet. Systemtests wurden abgeschlossen, und Feldtests im Fahrzeug laufen derzeit.
„Das strukturelle Batteriegehäuse vereint innovative Werkstoffe und Funktionsintegration und resultiert in einer leichten, kosteneffizienten Lösung gegenüber dem ursprünglichen Metallkonzept“, sagte Kauffmann. „Es stellt eine kosten-, gewichts- und CO2-reduzierte Alternative zum Batteriegehäuse aus Metall dar.“
Der Prototyp der Batteriewanne ist mHergestellt aus Envalior’s Durethan® B24CMH2.0 (PA6) in Kombination mit direkter Langfasertechnologie (D-LFT), was zu einem Endprodukt mit 45 % langen Glasfasern führt. Der Batterieträger ist zusätzlich verstärkt durch Tepex thermoplastische Verbundplatten-Technologie.
Das unverstärkte PA6-Produkt ist speziell für das D-LFT-Kompressionsformen ausgelegt. Es ist hitzestabilisiert bis zu 160°C, prozessstabilisiert bei Luft-/Sauerstoffexposition, optimiert für geringe Emissionen (z. B. Rauch, Dämpfe) und lässt sich durch optimiertes Fließverhalten mit geringer Schließkraft exzellent verarbeiten.
Keith Kauffmann erhält ein Sitzungszertifikat von Jeff Helms, SPE-Sitzungsvorsitzender.
In Kombination mit dem Kompressionsformen ermöglicht D-LFT dem Verarbeiter eine unkomplizierte Einstellung des Glasfasergehalts (falls erforderlich) und bietet außerdem die Flexibilität, Glasfasertyp oder -geometrie zu verändern.geeignet für Geometrien mit erheblichen Änderungen der Wandstärke und eine Alternative zu Carbonfaser.
Das Pressformverfahren ermöglicht zudem die optionale Kombination von D-LFT mit Tepex Verbundplatten, eine Lösung für strukturelle Verstärkungen und verbesserten Schutz vor dem thermischen Durchgehen.
Die realisierten Vorteile von thermoplastischen Batteriegehäusen umfassen:
- Ein einziger Pressformschritt
- Integrationsmöglichkeit von Bauteil und Funktion
- Deutlich reduzierte Montageschritte
- Insgesamt geringere Kosten
- Hohes Recyclingpotenzial bei geringerer CO₂-Bilanz
- Gewichtseinsparungen gegenüber der Ausführung aus Aluminium
„Das einteilige Design gewährleistet bessere Maßhaltigkeit als Mehrteilschalen, und die einfache Konstruktion benötigt weniger Produktionsfläche“, sagte Kauffmann. „Eine reduzierte Anzahl von Zulieferern bedeutet weniger Logistikaufwand und mehr Materialkonsistenz.“
Zusätzlich erfüllt es die strengen Flammenschutzprüfungen und Anforderungen an die elektromagnetische Abschirmung (EMS) der EV-Branche durch den Zusatz von Mica-Platten und Aluminiumfolie.
„Wir sind überzeugt, dass der intelligentere Einsatz von Werkstoffen und fortschrittlichere Materialien zu einer weiteren Konsolidierung von Bauteilen für Anwendungen wie Batteriegehäuse führen wird“, sagte Kauffmann. „Beispielsweise wurde Mica-Platte bislang zum Schutz vor thermischem Durchgehen benötigt; wir sehen jedoch Potenzial für Tepex, dieses Schutzniveau direkt in die obere Abdeckung des Batteriegehäuses zu integrieren.“
Als Lösungsanbieter bietet Envalior zahlreiche Lösungen sowohl für Pressform- als auch für Spritzgussverfahren und unterstützt dabei den gesamten Entwicklungsprozess mit eigenem ingenieurtechnischem Know-how.
Kauffmann fasst zusammen: „Wir beobachten eine steigende Nachfrage im Markt nach Kunststoff-Batteriegehäusen, um Kosten- und Gewichtsvorteile zu realisieren. Obwohl Pressformen ...Für diesen Batteriegehäuseprototyp wurde ein Werkstoff ausgewählt, für den Spritzgießtechnologien zur Herstellung solch großer Bauteile existieren. Die Hauptvorteile des Spritzgießens sind eine höhere Funktionsintegration und eine verbesserte Prozesswiederholbarkeit. Envalior bietet ein breites Spektrum an Werkstoffen und technischen Lösungen, um unsere Kunden dabei zu unterstützen, ihre Zielvorgaben hinsichtlich Leistung und Kosten für Batteriegehäuse zu erreichen.