ENGINEERINGNET.BE - Accupacks voor elektrische voertuigen (EV's) wegen snel enkele honderden kilo. De vele cellen, de mechanische structuur er rond (celhouders) de elektrische componenten en vooral de behuizing, die doorgaans in staal of aluminium is, wegen door.
Hoewel de elektrische aandrijflijn eenvoudiger is, kan het dus nog best dat EV's toch meer wegen dan voertuigen met verbrandingsmotor. Nieuwe materiaalklassen op basis van continue vezelversterkte thermoplasten (CFRTP) en nieuwe hybride productieprocessen zorgen nu voor innovatieve benaderingen.
Hoewel vezelversterkte kunststofcomposieten duurder zijn, houdt Fraunhofer LBF -het instituut voor structurele duurzaamheid en systeembetrouwbaarheid- de kosten laag met zijn ontwerp en efficiënt fabricageproces. Het Europese GHOST-project valideerde de mechanische eigenschappen van het ontwerp met eindige-elementensimulaties. De degelijkheid bleek ook op de testbank (ISO 12405-2, 12405-3).
“Oplossingen moeten echter kostenconcurrerend zijn en het cruciale aspect van de brandwerendheid aanpakken”, aldus Dr. Felix Weidmann die het onderzoeksproject bij Fraunhofer LBF leidt. Zijn onderzoeksteam produceerde de ??lichtgewicht batterijbehuizing met continu-vezelversterkte thermoplasten in een driedimensionaal (3D) sandwichontwerp, met behulp van een proces dat schuimspuitgieten combineert met CFRTP.
Dit in-situ CFRTP-sandwichproces produceert binnen de twee minuten een lichtgewicht batterijbehuizing die geen verdere nabewerking meer vergt. De thermische isolatie of vlambestendigheid zijn in dezelfde processtap geïntegreerd.
De behuizingsstructuur bestaat uit twee CFRTP-deklagen met daartussen een verbindende integrale schuimstructuur. De deklagen bestaan ??uit unidirectionele tapes. Geweven creëren ze een ??kruislings gelaagde laag met een dambord-uiterlijk.
Het bekomen laminaat wordt eerst 3D-voorgevormd en aan beide zijden in een speciaal ontwikkelde spuitgietmatrijs gestoken. Vervolgens wordt een schuim tussen beide laminaten geïnjecteerd. De verlijming van de CFRTP-deklagen en de schuimkern gebeurt in situ, tijdens het injecteren.
Het sandwichontwerp zorgt niet alleen voor de mechanische sterkte maar vermindert ook het materiaalverbruik. De vezelcomposietlaminaten komen enkel in de sterk belaste gebieden. De lagere kost wordt gehaald door minder materiaalverbruik en de zeer korte cyclustijden van het in-situ CFRTP-sandwichproces.
Het project werd gefinancierd door de Europese Commissie als onderdeel van het H2020-financieringsprogramma (H2020-GV-2016-2017 / H2020-GV-2017).
Video:
ACHTERGROND
Het Europese GHOST-project (InteGrated and PHysically Optimised Battery System for Plug-in Vehicles Technologies) mikt op het ontwikkelen van een modulair batterijsysteem voor plug-in EV’s. Het gaat om prototyping en productie- maar ook om ontmantelingstechnieken voor de volgende generatie lithium-ion batterijsystemen.
Partners in het Europese GHOST-project zijn, naast Fraunhofer LBF, het Italiaanse CRF (de research van Fiat Chrysler Automobiles), Iveco, Toyota, Infineon, het Spaanse Ikerlan, het Franse Eve System, Fraunhofer IISB, het Oostenrijkse AVL List Gmbh en het Duitse Valeo. Maar ook de VUB, die WP4 over de karakterisatie, het testen en modelleren van de batterij leidt, Umicore en Engie Laborelec.
