Multimaterial-Batteriegehäuse für die Elektro-Mobilität: AZL-Industrie-Netzwerk führt Konzeptstudie und Produktentwicklung durch

Ein internationales Industriekonsortium, bestehend aus  46 Firmen (Stand Juli 2021) startete im Oktober 2020 ein gemeinsames Projekt mit dem AZL zur Entwicklung mehrerer Konzepte eines wettbewerbsfähigen Multimaterial-Batteriegehäuses. Das Konsortium besteht aus Automotive OEM Audi sowie Zulieferern entlang der Wertschöpfungskette. Die gemeinsame Produktentwicklung beginnt mit einer internationalen Marktanalyse sowie einer Konzeptstudie, in der verschiedene Multimaterial-Komponentenkonzepte inklusive Produktionsszenarien entwickelt und hinsichtlich ihrer Kosten bewertet werden. Schließlich werden mehrere Multimaterial-Batteriegehäuse im Detail konstruiert, die jeweils bezüglich Gewicht, Kosten und Eco-Impact der Produktion bewertet werden sollen. In einem Folgeprojekt wird ein Demonstrator als Prototyp hergestellt. Die Beteiligung am Projekt ist für interessierte Unternehmen noch möglich.

Die Nachfrage nach elektrischen Fahrzeugen steigt und mit ihr der Bedarf an leichten und robusten Gehäusen für die Batterie. Auf dem Markt existiert bereits eine Vielzahl verschiedener Batteriegehäuse mit sehr unterschiedlichen Komponentenkonzepten. Die meist aus Aluminium und Stahl gefertigten Batteriegehäuse können jedoch nicht für jede der zahlreichen Anforderungen die optimale Lösung bieten. Das aus dem AZL-Partnership entstandene Projekt verfolgt stattdessen einen Multimaterial-Ansatz, der für jede spezifische Anforderung das passende Material an der richtigen Stelle einsetztDie Nachfrage nach elektrischen Fahrzeugen steigt und mit ihr der Bedarf an leichten und robusten Gehäusen für die Batterie. Auf dem Markt existiert bereits eine Vielzahl verschiedener Batteriegehäuse mit sehr unterschiedlichen Komponentenkonzepten. Die meist aus Aluminium und Stahl gefertigten Batteriegehäuse können jedoch nicht für jede der zahlreichen Anforderungen die optimale Lösung bieten. Das aus dem AZL-Partnership entstandene Projekt verfolgt stattdessen einen Multimaterial-Ansatz, der für jede spezifische Anforderung das passende Material an der richtigen Stelle einsetzt.

Die Mehrheit der existierenden Batteriegehäuse für elektrische Fahrzeuge wird aus Stahl und Aluminium gefertigt.

Das Projektkonsortium: 46 Unternehmen entlang der gesamten Wertschöpfungskette

Die gesamte Wertschöpfungskette ist bereits vertreten, darunter OEMs und viele Automotive Tier 1, Hersteller von Fasern, Harzen, Halbzeugen, Sandwich-Technologien, Hersteller und Anbieter von Produktionssystemen und Automatisierung. Um nur einige zu nennen: Airex AG, AUDI AG, Asahi Kasei Europe GmbH, Covestro, EconCore, IPTE, Johns Manville, KAUTEX TEXTRON GmbH & Co. KG, KÖMMERLING Chemische Fabrik GmbH, Saudi Aramco Technologies Company, Schuler Pressen GmbH. Interessierte Unternehmen können sich noch an dem Projekt beteiligen.

Dr.-Ing. Florian Meyer, Audi AG

„Batteriegehäuse sind eine Schlüsselkomponente in E-Fahrzeugen. Die Anforderungen sind anspruchsvoll und sehr individuell für unterschiedliche Fahrzeugklassen,“ sagt Dr.-Ing. Florian Meyer, Projektmanagementpate seitens der Technischen Entwicklung der Audi AG. „Wir freuen uns, im kreativen Austausch mit dem wertschöpfungsketten- und materialklassenübergreifenden Konsortium neue Impulse auszuloten, wie wir durch Kunststoff-basierte Multi-Material-Lösungen Gewicht und Kosten gegenüber Status-quo-Lösungen aus Metallen einsparen können.“

Das Vorgehen

Das AZL wird mit dem Industrie-Konsortium zunächst einen Marktüberblick erarbeiten, der existierende Serien-Komponenten und Konzepte umfasst sowie die relevanten Hersteller, Anwender, Lieferanten und Lieferketten auf dem Markt aufweist. Aus den existierenden Komponenten werden Standards und Anforderungen für Batteriegehäuse abgeleitet und Vorteile von Multimaterial-Ansätzen evaluiert. Auf der Grundlage eines detaillierten Datenblatts werden verschiedene Produktkonzepte ausgearbeitet sowie zugehörige Produktionsszenarien für Multimaterial-Batteriegehäuse aufgestellt. Die Teilnehmer können Komponentenkonzepte auswählen, für die CAD-Modelle, FEM-Analysen und Prozessketten erarbeitet werden und abschließend hinsichtlich ihrer Produktionskosten bewertet werden. Mehrere Konzepte eines Multimaterial-Batteriegehäuse werdenn detailliert ausgearbeitet und im Anschluss an dieses 8-monatige Entwicklungsprojekt als realer Batteriegehäuse-Prototyp gefertigt werden.

 Das 8-monatige Projekt wird einen Überblick über existierende Lösungen für Batteriegehäuse geben, die Vorteile von Multimaterial-Ansätzen evaluieren, Konzepte für das Komponentendesign und Produktionsszenarien ableiten und diese hinsichtlich ihrer Leistungsfähigkeit und Kosten bewerten. Ein Komponentenkonzept wird detailliert ausgearbeitet. 

Der aktuelle Stand: Teilnahme noch möglich (Status: Juli 2021)

Das Projekt ist am 22. Oktober 2020 mit einem sehr informativen Austausch mit mehr als 90 Vertretern der anfänglich 30 teilnehmenden Unternehmen gestartet mit einem Kick-off-Meeting mit 20 Pitch-Präsentationen der Projektpartner.

Seitdem

• wurden rund 40 Referenzkomponenten und -konzepte analysiert,
• Normen und Anforderungen analysiert, und
• ca. 15 verschiedene Multi-Material-Konzept-Varianten entworfen und CAE-optimiert, einige weitere werden folgen
  • Thermoset, Thermoplastic
  • Glass, Carbon
  • LFT, SMC, Continuous fibre
  • Hybrid metal/plastic
  • Solid, Sandwich, etc.

Load cases amongst others:

• Stiffness
• Pole intrusion
• Bollard intrusion

And:

• EMI shielding
• Fire resistance

 

Derzeit arbeitet das Projektteam an:

• Design und CAE-Analyse einiger verbleibender Varianten
• Produktionsdesign und Kosten-/Gewichtsanalyse

 

Das Final Report Meeting wird im September 2021 stattfinden. Interessierte Unternehmen können sich noch an dem Projekt beteiligen.

2 Folgeprojekte definiert

Die Produktentwicklung wird wird in zwei weiteren Projekten weiterverfolgt, die sich mit folgenden Themen befassen:

• Fremdkörperdurchdringungswiderstand von Materialien
• Anwendungsbezogenes Brandprüfverfahren

Weitere Details zu diesen Folgeprojekten finden Sie hier.

Die Definition eines weiteren Projekts, das zu einem oder mehreren Demonstratoren führt, wird nach September 2021 stattfinden. Geplanter Start des Demonstratorprojekts ist in 2022.

Weiterführende Informationen

Weitere Hintergrundinformationen zu der Entwicklung des Marktes von Batteriegehäusen sowie Details zum Projekt finden Sie unter folgenden Links:

• Projektinformation
• Überblick dieses Projekt sowie über weitere Konsortial-Projekte am AZL
• Pressemitteilung

Interessierte Firmen können sich an Philipp Fröhlig wenden:

Philipp Fröhlig
Senior Project Manager | AZL Aachen GmbH
Tel.: +49 241 475 735 14
Mobile: +49 176 80488799
Email: philipp.froehlig@azl-aachen-gmbh.de