Batteriekästen aus Carbon unterstützen Elektromobilität

Gewichtseinsparung, Steifigkeit und Temperaturmanagement: Der Einsatz von Carbon in Batteriekästen von Elektroautos bringt viele Vorteile. 

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Der Durchbruch der Elektromobilität steht kurz bevor. Was hierfür neben einer entsprechenden Ladesäuleninfrastruktur noch weiter verbessert werden muss, ist die Reichweite und der Aufbau der Elektroautos. Ein entscheidender technologischer Faktor ist dabei die Batterie und ihr Gehäuse. Die Experten der SGL Carbon arbeiten bereits mit verschiedenen Partnern an der Entwicklung neuartiger Batteriekästen aus carbonfaserverstärktem Kunststoff (CFK), unter anderem mit dem chinesischen Start-up NIO für das die SGL Carbon bereits einen Prototyp gefertigt hat. 

Dank des Einsatzes von Carbon sind die Batteriegehäuse besonders leicht, stabil und sicher. „Herkömmliche Batteriekästen für Elektroautos werden überwiegend aus Aluminium und Stahl gefertigt. Im Vergleich dazu ist das Akkugehäuse aus CFK rund 40 Prozent leichter“, sagt Christian Schludi, Projektleiter Automotive für das Programm Batteriekasten bei der SGL Carbon, der unter anderem die Entwicklung des Prototyps für NIO seitens des Unternehmens betreut hat. „Leichtbau mit Faserverbundwerkstoffen hat nicht nur bei Benzinern, sondern auch bei Elektroautos viele Vorteile. Vor allem das geringere Gewicht kommt der Reichweite der Batterie zugute.“

Zahlen & Fakten

Gewichtsersparnis eines Batteriegehäuses aus CFK im Vergleich zu einer Aluminium-/Stahlkonstruktion
(bis zu) Prozent
40
40
Wärmeleitfähigkeit von Carbon im Vergleich zu Aluminium
geringer um Faktor
200
200
Prognostiziertes Wachstum im Markt für E-Mobilität
(bis zu) Prozent
18
18

Das Batteriegehäuse für NIO besteht größtenteils aus CFK, nur wenige Elemente sind aus Aluminium gefertigt. Ausschlaggebend für die Eigenschaften des Kastens ist vor allem die Konstruktion des Bodens und Deckels sowie die Struktur des Rahmens: In der Regel wird ein spezielles Kernmaterial von mehreren Carbonfaserlagen und Epoxidharz umhüllt. Eine Hybridvariante mit Carbon- und Glasfasern ist ebenfalls denkbar. „Der Boden schützt die Batterie nicht nur gegen Stöße von unten, sondern auch bei Zusammenstößen mit Hindernissen und anderen Fahrzeugen“, erklärt Schludi.

Neben ihrer Leichtigkeit bietet das verwendete Material weitere Vorteile: Die Steifheit des Batteriekastens ist vergleichbar mit einer Aluminiumkonstruktion, jedoch bei deutlich verringertem Materialverbrauch. Die im Vergleich zu Aluminium rund 200-fach geringere Wärmeleitfähigkeit von CFK schirmt die Batterie besser gegen Kälte und Hitze ab. „Dies hilft, die optimale Betriebstemperatur des Akkus sicherzustellen“, erläutert Schludi. Darüber hinaus kann der Verbundwerkstoff auch bei Wasser- und Gasdichtigkeit mit optimalen Werten punkten.

NIO hat sich zudem noch eine weitere Besonderheit einfallen lassen. Die Batterie kann im Alltag an NIO-eigenen Tauschstationen gewechselt werden, die es an chinesischen Autobahnen bereits vielfach gibt. Der Austausch eines leeren durch einen vollgeladenen Akku erfordert nur drei Minuten. „Leichtbau ist eines der wesentlichen Elemente der NIO-Technologie-Roadmap. Mit Verbundwerkstoffen, insbesondere dem Einsatz von Hochleistungs- Carbonfasern in Batteriegehäuse-Systemen, bietet unser Fahrzeug eine bessere Fahrdynamik und eine höhere Reichweite“, sagt Bin Wei, Senior Manager Lightweight Engineering bei NIO.

Batteriekästen aus Carbon unterstützen Elektromobilität | SGL Carbon

Batteriekästen aus Carbon sind nicht nur viel leichter, sie schirmen die Batterie unter anderem auch besser gegen Kälte und Hitze ab. Das hilft, die optimale Betriebstemperatur des Akkus sicherzustellen.

Christian Schludi, Projektleiter Automotive, Programm Batteriekasten bei der SGL Carbon

Der Einsatz von CFK und Glasfaserverstärkten Kunststoffen (GFK) für Batteriekästen ist noch relativ neu. „Doch dank seiner vielen Vorteile und der stetig zunehmenden Elektromobilität rechnen wir mit einer stark steigenden Nachfrage nach dieser Anwendung“, sagt Philipp Römer, Sales Manager bei der SGL Carbon. Einer Prognose von IHS Markit zufolge steigt die Produktion von Elektro- und Hybridautos von 5,5 Millionen Fahrzeugen 2018 auf 60 Millionen 2030. 

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Christian Schludi SGL Carbon
Christian Schludi
Projektleiter Automotive, Programm Batteriekasten

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