TGM Spezial : Modulare Leichtbau-Starterbatterie

Published on

07.12.2021

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.

The lightweight aspect

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 €.