Antriebsbatterien für Elektrofahrzeuge: Neue Designansätze für Sicherheit, Reparatur und Nachhaltigkeit
Ein Forschungsteam der TU Graz hat innovative Designrichtlinien für Batterien in Elektrofahrzeugen entwickelt. Ziel ist es, die Sicherheit zu erhöhen, Reparaturen zu erleichtern und die Nachhaltigkeit über den gesamten Lebenszyklus der Batterien zu verbessern.
Herausforderungen bei der Entwicklung von Traktionsbatterien
Die Konstruktion von Traktionsbatterien für E-Fahrzeuge ist komplex, da elektrische Leistung, thermisches Verhalten und mechanische Sicherheit eng miteinander verknüpft sind. Einheitliche Designstandards fehlen bislang, was den sicheren Umgang bei Unfällen erschwert und das Recycling komplizierter macht. Im Rahmen des Forschungsprojekts E-Track haben das Institut für Fahrzeugsicherheit der TU Graz, das Institut für Umweltsystemwissenschaften der Universität Graz sowie Industriepartner umfassende Richtlinien erarbeitet, die Batteriesysteme sicherer, nachhaltiger und wirtschaftlicher gestalten sollen.
Problematik fehlender Designstandards
Markus Fasching, Projektleiter am Institut für Fahrzeugsicherheit der TU Graz, erläutert: „Ohne standardisierte Designs sind Einsatzkräfte bei Unfällen oft mit unübersichtlichen Batteriesystemen konfrontiert. Zudem gehen wertvolle Ressourcen verloren, wenn Batterien nicht repariert oder vollständig recycelt werden können.“ Die Forschung zeigt, dass sich Sicherheit, Wirtschaftlichkeit und Kreislauffähigkeit durch ein durchdachtes Design gleichzeitig verbessern lassen.
Untersuchung verschiedener Bauweisen
Ein wesentlicher Schwachpunkt aktueller Batteriesysteme ist ihre eingeschränkte Reparatur- und Recyclingfähigkeit. Üblicherweise werden Gehäuse verklebt und Wärmeleitpasten eingesetzt, was die Produktion erleichtert, im Schadensfall jedoch den Austausch des gesamten Batteriepakets erforderlich macht. Dieses Basisdesign diente als Referenz für die Studie. Zusätzlich wurden zwei alternative Konstruktionen analysiert:
- Ein Konzept mit austauschbaren Gehäusedeckeln, bei dem Wärmeleitpads zur Wärmeabfuhr verwendet werden.
- Ein flüssigkeitsgekühltes Design, bei dem ein elektrisch isolierendes Öl die Wärme ableitet und das Gehäuse durch eine Dichtung verschraubt ist, was eine einfachere Demontage und den gezielten Austausch einzelner Zellen ermöglicht.
Vorteile reparaturfreundlicher Designs
Die Untersuchungen verdeutlichen, dass die Batteriezellen mit etwa 75 Prozent der Gesamtmasse den größten Kostenfaktor darstellen und entscheidend für Sicherheit sowie Nachhaltigkeit sind. Die Wiederverwendung von Zellen nach einem Unfall verbessert sowohl die ökologische als auch die ökonomische Bilanz erheblich. Lebenszyklusanalysen zeigen, dass sich reparaturfreundliche Designs bereits dann lohnen, wenn mindestens acht Prozent der Zellen erneut genutzt werden können. Zudem erleichtert eine einfache Zerlegbarkeit das Recycling der Materialien.
Ergänzend wurden neue Diagnoseverfahren auf Basis der elektrochemischen Impedanzspektroskopie entwickelt. In Kombination mit virtuellen multiphysikalischen Modellen ermöglichen diese Methoden die zuverlässige Erkennung interner Schäden wie Mikro-Kurzschlüssen, die sonst verzögert zu kritischen Ereignissen wie Batteriebränden führen könnten.
Übertragbarkeit und Ausblick
Obwohl die Richtlinien primär für elektrische Zweiräder konzipiert wurden, sind die Methoden und Simulationsansätze auch auf größere Fahrzeugklassen wie Pkw oder Lkw anwendbar. Die Ergebnisse des Projekts E-Track bilden eine solide Grundlage für zukünftige industrielle Standards und könnten als Basis für regulatorische Vorgaben dienen. Erste Industriepartner zeigen Interesse an Folgeprojekten, um die Diagnoseverfahren und Simulationsmodelle weiterzuentwickeln.
Das Projekt wurde von der Österreichischen Forschungsförderungsgesellschaft (FFG) gefördert.
Kontakt für wissenschaftliche Rückfragen
Markus Fasching
Dipl.-Ing. Dr.techn. BSc
TU Graz | Institut für Fahrzeugsicherheit
Telefon: +43 316 873 30325
E-Mail: fasching@tugraz.at
Weiterführende Literatur
Design matters: The influence of EV battery pack design for disassembly on environmental and circularity impact
https://doi.org/10.1016/j.spc.2026.04.003
