Científicos del Instituto Fraunhofer desarrollan una carcasa de batería de fibra un 40% más liviana que las de aluminio

Científicos del Instituto Fraunhofer para la durabilidad estructural y la confiabilidad del sistema LBF han desarrollado un paquete de batería liviano que utiliza exclusivamente compuestos de fibra y plástico. De esta forma, el peso se ha reducido en un 40 por ciento en comparación con las carcasas de aluminio. Además, como el paquete de baterías se fabrica en un proceso especial y altamente eficiente, con una estructura específica, se puede producir a muy bajo costo.

Debido a la gran cantidad de celdas de batería necesarias, los paquetes de baterías para vehículos eléctricos son actualmente muy pesados ​​si se quieren alcanzar los altos rangos requeridos más allá de los 500 kilómetros. La estructura mecánica alrededor de las celdas, como el soporte de la celda y, en particular, la carcasa actualmente fabricada en aluminio o acero, suman un peso total de varios cientos de kilogramos además de los componentes eléctricos. Dependiendo del diseño del vehículo, la estructura mecánica del paquete de baterías puede representar más del 30 por ciento de su masa total. "Para aumentar la densidad de energía gravimétrica sin tener que cambiar la tecnología de la celda, tiene sentido construir las estructuras mecánicas necesarias para el paquete de baterías con mayor facilidad", enfatiza Felix Weidmann, responsable del proyecto de investigación en Fraunhofer LBF.

En este contexto, el equipo de investigación de Fraunhofer LBF ha producido una carcasa de batería ligera hecha de termoplásticos continuos reforzados con fibra en una estructura sándwich y ha utilizado un proceso novedoso que combina el moldeo por inyección de espuma altamente eficiente con FRP termoplástico. Este llamado proceso de sándwich de FRP in situ permite la producción de carcasas de batería livianas terminadas en aproximadamente dos minutos sin procesamiento posterior. Además, funciones como la capacidad de aislamiento térmico de la carcasa de la batería fabricada se pueden integrar en el mismo paso del proceso, lo que no sería posible con los materiales de construcción y procesos de fabricación metálicos clásicos.

El paquete de batería liviano consta de una carcasa y soportes de celda hechos de materiales compuestos de fibra. La carcasa consta de cintas UD de SABIC, que primero se tejen y luego se consolidan. El laminado de tablero de ajedrez resultante de este paso del proceso se preforma y se coloca en ambos lados en una herramienta de moldeo por inyección de espuma híbrida especialmente desarrollada. La inyección dirigida de una espuma integral entre los laminados crea la carcasa con capas de cubierta de compuesto de fibra y un núcleo de espuma.

Esta construcción tipo sándwich de soporte de carga conduce a las propiedades mecánicas específicas de peso más altas y al mismo tiempo reduce el material utilizado para los laminados compuestos de fibra utilizados. La reducción asociada en los costos de material, en combinación con los tiempos de ciclo muy cortos, conduce a bajos costos de componentes. Además, este método también es adecuado para cubrir otras áreas de aplicación y sus requisitos, ya que se pueden combinar y utilizar una amplia variedad de materiales compuestos de fibra y tipos de plástico.

Además del proceso para la producción eficiente de la carcasa de la batería como una construcción sándwich de compuesto de fibra, los investigadores de Darmstadt también desarrollaron métodos basados ​​en simulación con los que se puede predecir la calidad de la producción y, por lo tanto, el diseño preliminar y la producción se pueden simplificar significativamente.