Ein Forschungsteam der Technischen Universität Graz hat wegweisende Design-Richtlinien für Batterien in Elektrofahrzeugen entwickelt, die darauf abzielen, die Sicherheit zu erhöhen, Reparaturen zu erleichtern und die Nachhaltigkeit während des gesamten Lebenszyklus zu verbessern. Die Herausforderungen bei der Entwicklung von Traktionsbatterien für Elektroautos nehmen stetig zu, da Aspekte wie elektrische Leistung, thermisches Verhalten und mechanische Sicherheit in einem komplexen Zusammenspiel stehen. Zudem mangelt es bislang an einheitlichen Designstandards, was sowohl für Einsatzkräfte bei Notfällen als auch für das Recycling der Batterien erhebliche Probleme mit sich bringt.
Das Projekt mit dem Namen E-Track, das von der TU Graz in Zusammenarbeit mit dem Institut für Umweltsystemwissenschaften der Universität Graz und verschiedenen Industriepartnern durchgeführt wurde, hat sich diesen Herausforderungen gewidmet. Die erarbeiteten Designrichtlinien zielen darauf ab, Batteriesysteme nicht nur sicherer, sondern auch nachhaltiger und wirtschaftlicher zu gestalten.
Ein zentrales Problem der aktuellen Batteriesysteme ist deren eingeschränkte Reparaturfähigkeit. Viele Hersteller verwenden verklebte Gehäuse, die zwar in der Fertigung Vorteile bieten, im Falle eines Schadens jedoch oft den Austausch des gesamten Batteriepakets erforderlich machen. Diese Bauweise stellte eine Basis für die Untersuchungen des Forschungsteams dar. Zusätzlich wurden zwei alternative Designs analysiert: Ein Konzept mit abnehmbaren Gehäusedeckeln, das Wärmeleitpads zur Wärmeabfuhr nutzt, und ein flüssigkeitsgekühltes Design, bei dem ein elektrisch isolierendes Öl die Wärme abführt. Letzteres ermöglicht eine einfachere Demontage und den gezielten Austausch einzelner Zellen.
Die Studie hat gezeigt, dass die Batteriezellen den größten Kostenfaktor darstellen und entscheidend für Sicherheit und Nachhaltigkeit sind. Sie machen etwa 75 Prozent der Gesamtmasse einer Batterie aus, und deren Wiederverwendung nach einem Unfall spielt eine wichtige Rolle für die ökologischen und ökonomischen Bilanz. Lebenszyklusanalysen haben ergeben, dass reparaturfreundliche Designs bereits dann vorteilhaft sind, wenn nur acht Prozent der Zellen wiederverwendet werden können. Zudem fördert eine einfache Zerlegbarkeit das Recycling der Materialien.
Ein weiterer bedeutender Aspekt der Forschung war die Entwicklung neuer Diagnosemethoden, die auf elektrochemischer Impedanzspektroskopie basieren. Diese Methoden ermöglichen die frühzeitige Erkennung interner Schäden wie Mikro-Kurzschlüsse, die andernfalls zu kritischen Vorfällen wie Batteriebränden führen könnten. Obwohl die Richtlinien primär für elektrische Zweiräder konzipiert wurden, sind die entwickelten Methoden und Simulationsansätze auch auf größere Fahrzeugklassen wie Pkw und Lkw übertragbar.
Die Ergebnisse des E-Track-Projekts bieten eine solide Grundlage für zukünftige industrielle Standards und könnten als Ausgangspunkt für regulatorische Rahmenbedingungen dienen. Bereits jetzt gibt es erstes Interesse aus der Industrie an Folgeprojekten, um die entwickelten Diagnosemethoden zur Bewertung des Sicherheitszustands weiter zu erforschen.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die neu entwickelten Design-Richtlinien für Antriebsbatterien einen wichtigen Schritt in Richtung sicherer, reparaturfreundlicher und nachhaltiger Batteriesysteme darstellen. Die Notwendigkeit, sowohl die Sicherheit der Einsatzkräfte als auch die Umweltbelastung durch nicht recycelbare Batterien zu berücksichtigen, ist dringlicher denn je. Mit diesen innovativen Ansätzen trägt das Forschungsteam der TU Graz dazu bei, die Herausforderungen der kommenden Jahre in der Elektromobilität zu bewältigen und eine nachhaltige Zukunft für Elektrofahrzeuge zu gestalten.
