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Batteriegehäuse aus Stahl für den Automobilbau

Batteriegehäuse aus Stahl vom Stahlbereich von thyssenkrupp

Leicht, sicher, wirtschaftlich: Das neu entwickelte Batteriegehäuse aus Stahl von thyssenkrupp Steel wiegt genau so viel wie eine Variante aus Aluminium, kostet aber nur die Hälfte – und schützt das Herzstück des Elektroautos.

Text: Christiane Hoch-Baumann, Fotos: Rainer Kaysers

Die Batterie ist das bestimmende Element im Elektrofahrzeug und zugleich das empfindlichste und kostspieligste Bauteil. Die Autohersteller gehen davon aus, dass der Energiespeicher 30 bis 50 Prozent der Gesamtkosten eines E-Autos ausmachen wird. Weltweit arbeiten Autoproduzenten derzeit an Strategien, um Produktionskapazitäten und Lieferinfrastrukturen über die gesamte Wertschöpfungskette aufzubauen.

An der Schnittstelle zwischen Antrieb und Strukturelement stellt die Batterie sowohl Hersteller als auch Werkstofflieferanten konzeptionell vor eine komplexe Aufgabe. Oberstes Gebot dabei: die Kernkompenente der Elektromobilität bestmöglich zu schützen. Das Anforderungsprofil ist vielschichtig: Die Batterie muss crashsicher und korrosionsbeständig sein, elektromagnetisch abgeschirmt und gekühlt werden.

Bei einem Crash darf die Batterie keinen Schaden nehmen.

Daniel Nierhoff, Technologie und Innovation, Duisburg

Die Entwickler bei thyssenkrupp Steel haben sich gründlich mit dem Thema beschäftigt und einen virtuellen Prototyp entwickelt, der alle diese Bedürfnisse erfüllt. Insbesondere die Anwendungstechnik aus dem Bereich Technologie und Innovation hat ein leichtes und sehr stabiles Batteriegehäuse aus Stahl entwickelt, das sich in seinem modularen Aufbau an unterschiedliche Fahrzeugmodelle anpassen lässt. „Bei einem Crash muss in jedem Fall eine Deformation der Batterie vermieden werden“, sagt Daniel Nierhoff aus dem Bereich Technologie und Innovation bei thyssenkrupp Steel.

Die Lösung liegt im Hightech-Stahl

Batteriegehäuse aus Stahl hier Andreas Untiedt und Daniel Nierhoff bei der Entwicklung
Ein Gehäuse, das nicht ins Gewicht fällt: Andreas Untiedt und Daniel Nierhoff (l.) haben einen crashsicheren und kostengünstigen Batteriekasten für E-Autos konzipiert.

Weder durch einen Seitenaufprall noch, wenn das Fahrzeug aufsetzt oder ein Fremdkörper von unten gegen das Batteriegehäuse prallt, darf das Gehäuse auch nur im Geringsten nachgeben. Andererseits soll es so leicht und kompakt wie möglich sein, um den zur Verfügung stehenden Bauraum so effizient wie möglich zu nutzen und so mehr Platz für noch größere Batterien, die eine höhere Fahrzeugreichweite bieten, zu schaffen. „Für Stahl ist dieser Widerspruch kein Problem“, sagt Andreas Untiedt, Kundenprojektingenieur bei thyssenkrupp Steel

Gemeinsam mit Nierhoff und einem ausgesuchten Expertenteam hat Untiedt den Beweis angetreten. „Wir haben unsere Lösung am Computer aufgebaut, bis in die Rohbauplanung hinein durchgerechnet und mit zahlreichen Simulationen und realen Tests abgesichert“, so Nierhoff. Um einschätzen zu können, wie unterschiedliche Stahlsorten das Crashverhalten beeinflussen, sind ihre Materialeigenschaften in Bezug auf Festigkeit und Verformungsverhalten in der Software hinterlegt.

Die Batterie ist sicher vor Korrosion geschützt.

Andreas Untiedt, Projektingenieur, Duisburg

Zusammen mit der durchdachten Geometrie des Gehäuses bilden sie die Grundlage für die Crashsimulationen. Nierhoff: „Es hat sich gezeigt, dass unser neues Portfolio an ultrahochfesten Dualphasen- und Mangan-Bor-Stählen die idealen Werkstoffe für unsere Baugruppe sind.“ Die Stähle wurden nach den Konstruktionsvorgaben außerdem noch virtuell kalt- und warmumgeformt, um die Herstellbarkeit der Bauteile abzusichern. „Und siehe da, sie eignen sich perfekt!“

Wirtschaftlicher als andere Werkstoffe

Verglichen mit einem Batteriegehäuse aus Aluminium bietet der 150 Kilogramm schwere Prototyp aus Stahl die gleiche Performance, kostet aber nur die Hälfte. Ein weiterer Vorteil: Eine Flüssigkeitskühlung lässt sich ebenfalls in die Struktur integrieren. Zusammen mit den zentralen Punkten Crashsicherheit, platzsparende Bauweise, geringes Gewicht sowie der damit verbundenen höheren Reichweite der Batterie, ist das Gehäuse aus Stahl wirtschaftlicher als jeder andere Werkstoff.

„Und natürlich ist das Bauteil dank unserer hochwertigen Beschichtungen auch in seiner besonders exponierten Lage am Fahrzeugboden sicher vor Korrosion geschützt“, so Untiedt. „Wir sind überzeugt von unserer Entwicklung und sehen sie als wichtiges Element unserer Strategie, Elektromobilität erschwinglich zu machen. Gerne stellen wir unseren Kunden das Konzept vor.“

In Kürze – Das Batteriegehäuse aus Stahl

Gewicht – wiegt genau so viel wie eine Referenz aus Aluminium

Preis – kostet dabei nur rund die Hälfte

Crashsicherheit – dank modernster, hochfester Werkstoffe

Konstruktion – Hightech-Werkstoffe schaffen mehr Platz für die Batterie


Weitere Vorteile des Batteriegehäuses aus Stahl

  • bessere elektromagnetische Abschirmung bei statischen/niederfrequenten Feldern
  • weniger komplexe Fügetechniken
  • keine Delta-Alpha-Problematik wie bei Mischbau

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