Leicht, steif, sicher: Batteriegehäuse aus Aluminiumschaum

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Die Gehäuse von Hochvoltspeichern in batterieelektrischen Autos müssen
vielfältigen Anforderungen genügen. Sicherheitsrelevant sind eine hohe
Stoßfestigkeit und die Fähigkeit, bei Crashs Energie aufzunehmen oder
Schutz vor Kurzschlüssen zu gewähren. Dabei muss das Material
hitzebeständig und flammhemmend sein.

Eine effiziente Wärmeabfuhr ist
ebenfalls essenziell. Dennoch sollen die empfindlichen Zellen bei
Minusgraden vor zu starkem Auskühlen geschützt bleiben. Steine oder
Streusalz dürfen dem Gehäuse nicht zusetzen. Außerdem soll es sich in die
Unterbodenstruktur des Fahrzeugs einfügen, zur Steifigkeit der Karosserie
beitragen und mit niedrigem Gewicht die Reichweite des Fahrzeugs erhöhen.

Aluminiumschaum bringt die Voraussetzungen mit, all diese Forderungen
gleichermaßen zu erfüllen.

Auf der Battery Show North America Anfang Oktober in Detroit präsentierten
das Fraunhofer IWU und der Automobilzulieferer AMSTED ein integral
konstruiertes Batteriegehäuse mit Aluminiumschaum-Sandwiches. Dabei
handelt es sich um eine spezielle Materialstruktur, die aus zwei festen
Aluminiumblechen besteht, die einen inneren Kern aus Aluminiumschaum
umschließen. In diese Sandwiches kann bei Bedarf eine Kühlstruktur bzw.
ein Wärmespeicher-medium (PCM, Phase Change Material,
Phasenwechselmaterialien) eingebracht werden.

Dem Fraunhofer IWU gelang es, PCM in geschlossenporigen Aluminiumschaum zu
integrieren. PCM können sehr große Mengen thermischer Energie aufnehmen
oder abgeben, während sie ihren Aggregatszustand (fest bzw. flüssig )
ändern – ohne dass sich ihre eigene Temperatur wesentlich verändert. Sie
sind damit besonders gut für ein effizientes Thermomanagement in Lithium-
Ionen-Batterien geeignet.

Der in Detroit vorgestellte Demonstrator zeigt eine große Bandbreite
möglicher Serienlösungen auf. Je nach priorisierten Eigenschaften sind
reine AAS (präzise: Aluminium-Aluminiumschaum-Sandwiches), AAS mit
infiltriertem PCM, AAS mit Kühlstruktur oder AAS mit Kühlstruktur und PCM
umsetzbar.

Damit Batteriegehäuse aus Aluminiumschaum künftig auch in
Großserienfahrzeugen Verbreitung finden, richten die Forschenden um Dr.
Thomas Hipke und Dr. Rico Schmerler nun den Blick verstärkt auf die
Wirtschaftlichkeit. Ein wichtiger Faktor für künftige Herstellpreise ist
das Ausgangsmaterial. Hipke: »Wir setzen für die Herstellung des
Aluminiumschaums verstärkt auf Recyclingmaterial. Das ist nicht nur
wesentlich kostengünstiger, sondern reduziert auch den CO2-Fußabdruck
erheblich.«