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Symbolfoto: Das AIT ist Österreichs größte außeruniversitäre Forschungseinrichtung

WHole-Battery

WHole-Battery - Wärmeoptimierte Hochleistungs-Batterie

Die im Automotive-Bereich eingesetzte, aktuelle Lithium-Ionen Akkutechnologie basiert auf Metalloxid- (NMC) und Graphitelektroden, welche sich durch eine hohe Energie- und Leistungsdichte auszeichnen. Diese Materialkombination ist elektrochemisch hoch leistungsfähig, thermisch jedoch sehr sensibel, und zeigt bei zu hohen Temperaturen neben rascheren Alterungserscheinungen der Zelle verschiedene Versagensmerkmale, die nicht nur zum Ausfall, sondern auch zum Brand der Zellen (“thermal runaway”) führen können. Darum muss eine optimale Zelltemperatur, welche zwischen 20°C und 40°C liegt, gewährleistet werden. Durch den Einsatz von Verbundwerkstoffen können Wärmewiderstände vermieden und durch thermische Puffer hohe Temperaturspitzen ausgeglichen werden.

In WHole-Battery wird eine Kombination beider Strategien verfolgt. Eine hochwärmeleitende Graphitmatrix kombiniert mit Phasenwechselmaterial (PCM) bildet eine sogenanntes Phasenwechselverbundmaterial oder phase change compound material, kurz PCCM. Dieses ermöglicht einen raschen Wärmeabtransport und eine rasche Wärmeverteilung im PCM, was zu einer Temperaturglättung in den LIB-Zellen führt. Das PCM nimmt dabei temporär sämtliche Überschusswärme auf, was durch die hohe Schmelzenthalpie ermöglicht wird. Durch den Verbund der Graphitmatrix mit dem Aluminium des Gehäuses und additiv gefertigten, integrierten Kühlkanälen entsteht ein kompaktes, leichtes und hocheffizientes Kühlkonzept für Traktionsbatterien, das höchste Leistungen und Ströme ermöglicht.

Temperaturerhöhungen durch Schnellladen oder starke Beanspruchung im Fahrbetrieb werden unterbunden. Dies ermöglicht mittelfristig wesentlich höhere Ladeströme und damit kurze Ladezeiten von E-Autos. In WHole-Battery werden Methoden und Verfahren entwickelt und das Konzept an mehreren Batteriemodulen experimentell getestet.

Folgende Fragen sollen beantwortet werden:

• Ist mit dem WHole-Battery-Konzept eine Ladung auf 80% in unter 10 Minuten möglich?
• Ist eine Steigerung der Wärmeleitfähigkeit des PCCM auf 10-25 W/(m⋅K) möglich und praktikabel?
• Ist hierdurch eine um 15% kompaktere Bauweise eines Batteriemoduls möglich?
• Ist dadurch eine um 20% leichtere Bauweise eines Batteriemoduls möglich?
• Kann dadurch die benötigte Kühlleistung halbiert werden?
• Ist die Anbindung von LIB an PCCM und eine Anbindung von PCCM an Gehäuse über
eine Graphitmatrix möglich?
• Ist die direkte Integration von Kühlkanälen und die Einstellung eines graduellen
Werkstoffverlaufes im Gehäuse mittels WAAM-Technologie möglich?

Projektstart: April 2019

Projektdauer: 24 Monate

Projektpartner

AIT Austrian Institute of Technology GmbH (Koordinator)
AVL LIST GmbH (Projektpartner)
LKR Leichtmetallkompetenzzentrum Ranshofen GmbH (Projektpartner)
Schunk Carbon Technology GmbH (Projektpartner), Stohl Group GesmbH (Projektpartner)

Förderschiene: Mobilität der Zukunft