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在该项目中,15个合作伙伴正在对新的轻量化原理、轻量化材料和生产工艺进行跨学科研究。这些合作伙伴正在研究一种方法,该方法还关注可回收性和可修复性、资源和能源效率以及结构和材料层面的安全性和防火性。众所周知,续航里程是购买电动汽车时最重要的考虑因素之一。外壳越轻,电动汽车的续航里程就越长,因为耗电量会降低。
弗劳恩霍夫IWU电池系统部门的项目经理兼轻量化科学家Rico Schmerler介绍说:电池壳体对当今电池系统的能量密度贡献巨大,但仍有很大的提升空间。通过整合新的轻量化方法和更多功能,在更小的空间内减少接口数量,重量得以减轻,同时二氧化碳排放量减少15%。通过减少质量,我们提高了能量密度,从而增加了相同数量电池单元的续航里程。通过设计纤维复合材料外壳,我们能够将质量减少60%以上,而钢制外壳的质量则更高。
项目的出发点是:
将之前具有独立热功能和机械功能的各个系统整合到外壳中。例如,温度控制通道直接集成到支撑结构中,例如横梁-在弗劳恩霍夫IFAM铸造。
冷却单元和底部防护装置的功能整合在一个部件中,即底板。当发生石块撞击或事故时,铝泡沫可吸收能量。铝泡沫与相变材料(PCM)结合使用,还可降低冷却电池所需的能量。底板由弗劳恩霍夫IWU和FES/AES公司共同开发,包括泡沫在内,均在弗劳恩霍夫IWU制造。
流体通过通道流动,不仅从下方,而且从侧面调节电池的温度。这意味着冷却电池所需的电能更少,并且可以省去汽车其他地方的冷却元件。梅赛德斯EQS电池为研究人员提供了参考和技术平台。
开孔泡沫取代了糊状物。优化外壳散热对于电池的高性能和长使用寿命至关重要。在该项目中,笨重且不可持续的糊状物被环保的导热材料所取代。为此,弗劳恩霍夫表面工程和薄膜研究所(Fraunhofer Institute for Surface Engineering and Thin Films IST)使用等离子工艺对可重复使用的开孔泡沫进行金属化处理,并将其以垫子的形式插入电池和外壳之间的空间。
以前的钢制外壳盖被由碳和树脂(即所谓的“预浸料”)制成的新型纤维复合材料盖结构所取代,这不仅大大减轻了重量,而且盖子还可以重复使用。
Rico Schmerler表示:“我们依靠功能集成结构。我们将电池中各种模块以前负责的任务整合到一个组件中 - 在这种情况下,整合到基础组件中 - 从而节省了安装空间和接口。将来,底板将防止过热,并在发生事故时防止损坏电池芯。”
可持续发展和气候保护的出发点是:
弗劳恩霍夫木材研究所(Fraunhofer WKI)的研究人员开发了一种生物基阻燃涂层,用于外壳盖的底部,防止可能来自下方电池单元的火势蔓延。该涂层的一种成分是生物基材料木质素,它可替代石油基材料且不易燃。
整个系统由盖子、框架和底板组成,其设计方式使其可以无损分离和拆卸,直至组件级。
通过轻量化结构和可重复使用的材料设计,减少材料的使用,有助于减少二氧化碳排放量。
该项目取得的成果将应用于其他使用大型电池的应用和行业,例如火车、飞机和轮船。冷却系统可用于食品和医疗运输,防火解决方案可用于建筑。
Coolbat项目介绍
在“下一代示范电池壳体的CO2减排轻量化解决方案”(简称Coolbat)联合项目中,弗劳恩霍夫制造研究所(Fraunhofer IWU)的研究人员与合作伙伴共同开发下一代电动汽车的电池壳体。其目标是使电动汽车的核心部件更轻,并在生产过程中减少15%的二氧化碳排放。为了实现这一目标,将各个系统组合在一起,将功能整合到更小的空间内,并开发新的导热材料和生物基阻燃涂料。
项目合作伙伴包括萨克森汽车开发协会(Auto-Entwicklungsring Sachsen FES/AES)、Invent、Compositence、iPoint-systems、Tigres、LXP集团、Basdorf、Lampe & Partner、MID Solutions和Synthopol Chemie Dr. rer. pol. Koch.、Trimet Aluminium、梅赛德斯-奔驰以及Fraunhofer IFAM、Fraunhofer Institute for Surface Engineering and Thin Films IST和Fraunhofer WKI。
该项目由德国联邦经济事务和气候保护部(BMWi)资助,期限为2021年至2024年,是德国联邦轻量化技术转移计划(TTP-LB)的一部分,由尤利希项目管理公司(PTJ)负责管理。
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