Ohne geht es nicht: Crashsichere Batterien für E-Mobility

11.1.2018

Der zentrale Energiespeicher des Elektro-Autos, die Batterie, kann bei einem Crash beschädigt werden und im schlimmsten Fall durch interne Kurzschlüsse die Sicherheit der Fahrzeuginsassen aber auch der Einsatzkräfte gefährden. Das Wirtschaftsministerium fördert nun mit rund 600.000 Euro das Forschungsvorhaben »Battmobil« zur Verbesserung der Crashsicherheit von Batterien für die Elektromobilität an den Freiburger Instituten Fraunhofer IWM und Fraunhofer EMI. Ministerin Dr. Nicole Hoffmeister-Kraut sagt: »die Crashsicherheit von Batterien ist wesentlich für eine erhöhte Akzeptanz der Elektromobilität«.

lateralter Stauchtest einer Pouchzelle: Versuch und Simulation
© Foto Fraunhofer IWM

Lateraler Stauchtest der Batterie »Pouchzelle« (links) und die entsprechende Simulation (rechts) mit einem effizienten Ersatzmodell, das die Versuchsdaten sehr genau abbildet.

Ohne ein genaues Verständnis der Belastungsfähigkeit und des Verhaltens von Batterien unter extremen Bedingungen, wie sie bei einem Crash auftreten, kann die Elektromobilität den erforderlichen Sicherheitsstandards nicht genügen. Wirtschaftsministerin Dr. Nicole Hoffmeister-Kraut betont: »Die Crashsicherheit von Batterien zu verstehen und zu verbessern, ist daher wesentlich«.

Bisher setzt die Automobilindustrie auf individuell gekapselte Zellen, die verhältnismäßig schwer sind und dem Leichtbau entgegenstehen. Deshalb wurden in den letzten Jahren alternativ auch nichtgekapselte, weiche sogenannte Pouch-Zellen eingesetzt. Sie können in leichten Rahmen- und Plattenkonstruktionen dicht gestapelt und dennoch stabil verbaut werden. Die so gewonnene Gewichtsreduktion verhilft neben der höheren Energiedichte der Zellen zu größeren Fahrzeugreichweiten. Mit diesem Konzept sind vergleichbare Crashsicherheitsstandards möglich als mit den eher konservativ dimensionierten, vollgekapselten Zelltypen. Ein optimaler Schutz der Zellen ist wichtig, da diese im geladenen Zustand bei äußerst ungünstigen Deformationen giftige Gase emittieren oder sogar explodieren könnten.

Das Fraunhofer IWM nutzt seine Expertise in der Crashsimulation, um Batterien für Elektrofahrzeuge sicherer zu machen. Innerhalb des Projekts »Battmobil: Entwicklung prognosefähiger Modelle zur Crashoptimierung von Batterien für die Elektromobilität« untersucht das Fraunhofer IWM zusammen mit dem Fraunhofer EMI Fahrzeugzellen unter mechanischen Belastungen in Experiment und Simulation. Ziel des Projekts ist es, einen Methodenbaukasten zur Erstellung validierter Ersatzmodelle für die numerische Simulation von Batteriezellen unter Crashbelastung zu entwickeln. »Das deutlich unterschiedliche Verhalten für Belastungen, normal und lateral zur Zelle, wird von unseren Simulationsmodellen gut wiedergegeben«, erläutert Dr. Sun, Gruppenleiter »Crashsicherheit, Schädigungsmechanik« am Fraunhofer IWM.

Das Wirtschaftsministerium Baden-Württemberg fördert das Forschungsvorhaben mit rund 600.000 Euro. Die beiden Freiburger Fraunhofer-Institute forschen gemeinsam an der Entwicklung des Methodenbaukastens. Dieser setzt sich aus experimentellen sowie numerischen Methoden zusammen. So wird zum einen der grundlegende Aufbau einer Batterie untersucht und die crashrelevanten Eigenschaften der einzelnen Zellmaterialien, wie auch die der Gesamtzelle experimentell getestet und die Versagensmuster kategorisiert. Zum anderen werden numerische Simulationsmodelle mit unterschiedlichem Detailierungsgrad entwickelt und validiert. Das Fraunhofer IWM entwickelt hierbei Makromodelle der Zellen für Crashsimulationen, das Fraunhofer EMI bearbeitet numerische Methoden zur Entwicklung von Detailmodellen. Das Projekt ist Teil des Tech Center i-protect, in welchem das Leistungszentrum Nachhaltigkeit Freiburg gemeinsam mit Daimler und Bosch an Sicherheitslösungen für künftige Fahrzeuge forscht.

zur Pressemitteilung des Landes
 

Ansprechpartner am Fraunhofer IWM:

Dr. Dong-Zhi Sun
Telefon +49 761 5142-193
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Crashsicherheit am Fraunhofer IWM

 

Ansprechpartner am Fraunhofer EMI:

Dr. Pascal Matura und
Dr. Thomas Kisters
Telefon +49 7628 9050-687
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Tech Center i-protect