TGM Spezial : Modulare Leichtbau-Starterbatterie

Veröffentlicht am

07.12.2021
Allgemein, News

Das Konzept

Neben unserer Leidenschaft bestehende Fahrzeuge in unserer Leichtbaugarage zu analysieren, werden wir auch selbst kreativ, um neue Leichtbaukonzepte zu schaffen. Zusammen mit unseren Partnern, dem National Manufacturing Institute Scotland, Litewerks und der Koller Gruppe, haben wir eine modulare Leichtbaustarterbatterie entwickelt, um herkömmliche, schwere Blei-Batterien zu ersetzen. Ausgangspunkt ist der Technologiewechsel auf Lithium-Eisenphosphat, da das stabile Spannungsplateau über der Kapazität eine effiziente Nutzung ermöglicht.

Die Idee

Ausgehend von Lithium-Eisenphosphat-Rundzellen, die an den steifen Endstellen im Zellhalter aufgenommen werden, wurde das Gehäuse weiter konzipiert. Diese Aufnahme ermöglicht eine Kühlung der Zelloberfläche. Die Zellen sind packungsdicht im Zellhalter angeordnet und Ausschnitte bieten Bauraum für die Kabelführung, die Batteriesteuerung und weitere Komponenten.

Die Zellhalter stützen das Gehäuse ab und reduzieren so die benötigte Wandstärke, da Kräfte idealer eingeleitet werden können. Auch erhöht die prismatische Form des Gehäuses die Eigensteifigkeit. Bei einer Anwendung mit parallelen Gehäuse ermöglichen die Schrägen ein Abgleiten der Batterien aufeinander und reduzieren so die Crashbelastung.

Der modulare Aufbau mit hoher Anzahl an Gleichteilen erschließt Skaleneffekte und ermöglicht eine bedarfsgerechte Dimensionierung. Für eine Anwendung mit nur einem Modul wird ein Deckel auf das Modul gesetzt, wohingegen ein Verbinder zwei Module kombiniert. Bei der Montage mit einem Spannbügel werden über den Verbinder auch Kräfte geleitet. Mittels der Schnappverbindungen kann die Batterie zerstörungsfrei geöffnet werden.

Der Demonstrator

Aus stereolithografisch gefertigten Gehäuseteile, einer Batteriesteuerung und gefüllten Dummy-Batteriezellen entstand der erste Demonstrator der modularen Leichtbau-Starterbatterie. Um eine optimale Fertigung zu gewährleisten sind die Wandstärken angepasst und die Schnappverbindungen geklebt worden.

Ein Modul in der dargestellten Ausführung entspricht dem Äquivalent einer 70 Ah Blei-Starterbatterie. Zwei Module weisen dieselbe Länge und Breite einer 90 Ah Blei-Batterie auf und bieten eine normgerechte Montage.

Der Leichtbauaspekt

Die Gewichtseinsparung am Referenzfahrzeug 2016 X5 Hybrid (F15) beträgt laut der durchgeführten Casestudy über 33 kg gegenüber dem Ausgangszustand und kann durch sekundäre Effekte auf über 40 kg gesteigert werden. Auch wird 10 L Bauraum freigegeben und die Lebensdauer verdreifacht. Die Leichtbaukosten an der Referenz fallen mit der Stückzahl von 23,1 bzw 18,7 € inklusive der sekundären Effekte auf 15,6 bzw. 12,5 €.

Publikationen

04. Februar 2021

The TGM & NMIS collaboration: A show-case study of estimating lightweight cost for a LiFePO4 starter battery

TGM Lightweight Solutions

18. Februar 2021

So sieht Leichtbau aus: Innovatives Batteriekonzept spart Gewicht, Ressourcen und Kosten

Netzwerk Leichtbau Metall Brandenburg

04. März 2021

Case studies: TGM Lightweight Solutions

National Manufacturing Institute Scotland

17. März 2021

CASE STUDY „LEICHTBAU-STARTERBATTERIEN“

Koller Gruppe

12. April 2021

Produkt 2021 – Batteriekonzept im System-Leichtbau

Hannover Messe

19. April 2021

Konstruktion einer leichtbaugerechten Starterbatterie

Vortrag – eMove 360° 

22. April 2021

VDI-Z 05|2021

Veröffentlichung

28. April 2021

Beitrag im Rahmen der Reihe: Lightweight Solutions for a Net Zero world

Vortrag

19. Mai 2021

Lightweight Engineering – Leichtbaulösungen für die Mobilität der Zukunft

Hannover Messe

20. Mai 2021

Marklines Hannover Messe Highlights

Hannover Messe

25. Mai 2021

Hannover Messe – LinkedIn

Hannover Messe

31. Mai 2021

Lösungen für Elektromobilität – Leichtbau-Kosten bewerten am Beispiel eines modularen Batteriekonzepts

VDI-Z

23. Juni 2021

Cross-Industry-Dialog | Reichen die vorhandenen Konstruktions- und Simulationswerkzeuge aus?

Vortrag – Fraunhofer IAP

04. August 2021

ThinKing August 2021: Eine Batterie erfindet sich neu – Leicht, flexibel und langlebig

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21. Oktober 2021

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31. Oktober 2021 – 12. November 2021

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Austellung – im Rahmen der 26th UN Climate Change Conference of the Parties in Glasgow

08. November 2021

Lightweight battery concept drives down emissions

Catapult

11. November 2021

Leichtbau Batteriegehäuse

Leichtbau Showroom

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