Leitfaden E-Mobilität

Der moderne Batterieträger ist zu einem wichtigen Element für ein effektives Wärmemanagement in Elektrofahrzeugen geworden. Die Hersteller stehen vor der Herausforderung, mehrere Batterien kühl zu halten, ohne sich auf eine forcierte Luftkühlung zu verlassen. Dies hat zur Implementierung einer speziellen Kanalstruktur innerhalb des Batterieträgers geführt, die es ermöglicht, Kühlflüssigkeit durch oder um die Batteriezellen herum zu leiten. Die von Rosti mitentwickelten Batterieträger weisen eine Kanalstruktur auf, die auch eine vorübergehende Kühlung ermöglicht.

Rosti arbeitet mit OEM-Kunden zusammen, um Paketlösungen in diesem Bereich anzubieten. Mit unserer hauseigenen, hochmodernen Mold-Flow-Simulationssoftware können wir unseren Kunden helfen, Ideen vom Konzept zur Realität zu bringen. Eine halbe Milliarde Ladungsträger werden benötigt, um die zukünftigen Anforderungen des Elektrofahrzeugmarktes zu erfüllen. Wir bei Rosti sind sehr stolz darauf, eine Vorreiterrolle zu spielen.

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Es gibt eine Reihe von Faktoren, die die rasante Entwicklung der E-Mobilität vorantreiben, nicht zuletzt die staatliche Gesetzgebung und der Druck auf die Umwelt. Da der weltweite Markt für elektrische Nutzfahrzeuge mit einer durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate von 39,9 % wachsen soll - von 125.212 Einheiten im Jahr 2017 auf 1.831.865 Einheiten im Jahr 2025 - schreitet die Forschung und Entwicklung im Bereich der Elektromobilität in einem noch nie dagewesenen Tempo voran.

Die herkömmliche Technologie der Verbrennungsmotoren, die zum Antrieb von Fahrzeugen verwendet wird, verliert an Boden, da die heutigen OEMs neue Plattformen für den Markt der leichten, mittelschweren und schweren E-Mobilität entwickeln. Von diesen Plattformen wird erwartet, dass sie das gleiche Leistungsniveau erreichen wie ihre herkömmlichen Gegenstücke. Dies ist jedoch nicht die einzige Herausforderung; ebenso anspruchsvoll wird es sein, den Sprung von der heutigen Kleinserienfertigung von Prototypen unter Verwendung neuer Technologien zu den Anforderungen der Massenproduktion von morgen zu schaffen.

Rosti ist bereits auf dem Markt für E-Mobilität/Batterien aktiv und arbeitet mit einigen der weltweit führenden OEMs zusammen, um bewährte Produktionstechniken einzusetzen, um die aktuellen Herausforderungen bei der Herstellung zu meistern. Eine dieser Herausforderungen sind die in E-Mobilitätsplattformen verwendeten Batteriepaketträger. Die Batterietechnologie ist der Schlüssel für eine längere Betriebsdauer von Fahrzeugen, und der nicht ganz so einfache Batterieträger spielt dabei eine wichtige Rolle. In diesem Artikel erörtert Tony Austin, Technischer Direktor bei Rosti, die Probleme im Zusammenhang mit der Batterietechnologie und hebt hervor, warum OEMs das Spritzgießen als Fertigungsverfahren der Wahl in Betracht ziehen sollten.

Ein Blick unter die Motorhaube eines herkömmlichen Fahrzeugs mit Verbrennungsmotor zeigt, dass der Batterieträger ein eher lebloses Objekt ist. Er ist in der Regel aus Metall gefertigt und hat die Aufgabe, eine Plattform für die traditionelle Bleibatterie zu bieten und einen gewissen Schutz bei einem Aufprall zu gewährleisten. Mit der Weiterentwicklung von E-Mobilitätsfahrzeugen ist die Batterie jedoch zum Herzstück des Systems geworden.

Sowohl die Zuverlässigkeit des Fahrzeugs als auch die Reichweite hängen von der verwendeten Batterietechnologie ab. Daher müssen alle Bedrohungen für die Batterieleistung, wie z. B. heißes Klima, abgefangen werden. Grundsätzlich führt ein Anstieg der Umgebungstemperatur zu einer verkürzten Lebensdauer der E-Mobilitätsbatterien. Je heißer die Batterien sind, desto schneller laufen chemische Reaktionen ab und desto schneller entlädt sich die Batterie.

Unabhängige Tests haben gezeigt, dass sich die Selbstentladungsrate einer Batterie verdoppelt, wenn die Temperatur um 10 °C ansteigt. Außerdem müssen die Batterien unbedingt vor Überhitzung geschützt werden, da dies das schlimmste Szenario ist, da es schnell zu Schäden führt.

Der moderne Batterieträger ist zu einem wichtigen Element auf dem Weg zu einem effektiven Wärmemanagement geworden, und OEMs im Bereich der Elektromobilität überlegen, wie sie mehrere Batterien kühl halten können, um die herkömmliche Zwangsluftkühlung zu ersetzen. Dies hat zur Implementierung einer speziellen Kanalstruktur innerhalb der Trägerkomponente geführt, die es ermöglicht, Kühlflüssigkeit durch oder um die Zellen herum zu leiten. Darüber hinaus ermöglicht die Kanalstruktur eine vorübergehende Kühlung.

Rosti arbeitet mit OEM-Kunden zusammen, um in diesem Bereich Paketlösungen anzubieten. Die neuesten Batterieträgerdesigns sind oft sehr komplex, was bedeutet, dass die Herstellung eines fertigen Bauteils durch konventionelle Fertigungstechniken wie CNC-Bearbeitung oder Pressen nicht immer möglich ist. Außerdem ist zu beachten, dass der 3D-Druck, der als bahnbrechende Technologie der Zukunft angesehen wird, immer noch Nachteile in Bezug auf den erforderlichen Kapitalaufwand hat. Außerdem kann er die Anforderungen der Industrie an die Großserienproduktion nicht erfüllen. Was ist also die Alternative?

Beim Spritzgussverfahren wird das Ausgangsmaterial geschmolzen und unter hohem Druck in eine Form gespritzt. Das Teil kühlt in der Form ab und wird ausgeworfen, bevor der Prozess erneut beginnt. Aber ist das Spritzgießen das optimale Herstellungsverfahren für Batterieträger für Elektrofahrzeuge? Rosti wird seit Jahren von vielen Erstausrüstern (OEMs) - auf verschiedenen Märkten - aufgefordert, komplexe Formen mit zahlreichen In-Mould-Merkmalen zu entwerfen, ein Fachwissen, das mit ziemlicher Sicherheit auch für Batterieträger in der Elektromobilität benötigt wird. Rosti kann zum Beispiel die Kühlkanäle so gestalten, dass sie ein integraler Bestandteil des Formteils werden. Durch den Einsatz der hauseigenen, hochmodernen Mold-Flow-Simulationssoftware ist Rosti in der Lage, Ideen vom Konzept zur Realität werden zu lassen und in einem Durchgang ein Teil zu produzieren, das alle für einen Batterieträger des 21.

Aber auch hier stellt sich die Frage, ob das Spritzgießen wirklich das richtige Herstellungsverfahren für Batterieträgeranwendungen ist. Nun, eine weitere Möglichkeit, dieses Dilemma zu betrachten, ist die Betrachtung der potenziell benötigten Mengen. Wenn die E-Mobilität ihr Potenzial in Bezug auf die prognostizierten Stückzahlen erreicht, dann wird das Fertigungsvolumen sehr hoch sein. Dabei ist auch die große Menge an Ersatzakkus - und damit an Trägern - zu berücksichtigen, die benötigt werden, ganz zu schweigen von der Stromversorgung für andere Märkte.

Rosti ist der Meinung, dass weder die CNC-Bearbeitung noch der 3D-Druck in der Lage sein werden, diese hohen Stückzahlen zu bewältigen, und dass diese Verfahren auch nicht die von den OEMs geforderten Zielkosten für die einzelnen Teile erreichen werden. Stattdessen wird ein wiederholbarer, kostengünstiger und schneller Prozess benötigt, der strukturelle Steifigkeit bietet. Auch hier bietet das Spritzgießen erhebliche Vorteile, nicht zuletzt die Möglichkeit, die Produktion entsprechend zu skalieren.

Sicherlich können die Anfangskosten für das Spritzgießen manchmal etwas höher sein, weil Werkzeuge benötigt werden, aber die technischen Vorteile und Größenvorteile müssen berücksichtigt werden. Sobald sich die Vorlaufkosten amortisiert haben, ist der Stückpreis beim Spritzgießen äußerst wettbewerbsfähig. Darüber hinaus ist das Verfahren sehr wiederholbar - eine gute Eigenschaft, wenn es darum geht, die Markenkonsistenz und die Zuverlässigkeit der Teile in der Großserienproduktion zu gewährleisten. Ein weiterer Vorteil ist, dass das Spritzgießen die Anzahl der benötigten Teile reduzieren kann, da es die Möglichkeit bietet, Zusatzteile wie Halterungen zu integrieren. Eine solche Designfreiheit hat offensichtliche Vorteile für die Stückliste und die Montagezeiten in der Produktion.

Bei dieser Anwendung kommt es darauf an, den Rohstoffhersteller vom ersten Tag des Projekts an einzubeziehen. Bei Batterieträgern besteht beispielsweise die große Anforderung, das Gewicht zu reduzieren. Es ist keine Option, das Gewicht der Batteriezellen zu verringern, stattdessen muss der Träger leichter werden. Obwohl spritzgegossene Lösungen eine leichtere Alternative zu herkömmlichen Metallträgern darstellen, bieten diese Teile die erforderliche Festigkeit, um die Batterie zu stützen und sie vor äußeren Einflüssen zu schützen? Die eingehenden Beratungen von Rosti mit den Rohstoffherstellern stellen sicher, dass die richtige Materialzusammensetzung zum Einsatz kommt, die alle Anforderungen an eine dünne und dennoch starke Wandkonstruktion erfüllt. Darüber hinaus erfüllt das spezifizierte Material immer die UL-94VO-Norm für Entflammbarkeit und bietet somit die Sicherheit, dass die gesetzlichen Vorschriften bei der Anwendung eingehalten werden.