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摘要：在COOLBat联合研究项目中，弗劳恩霍夫机床和成型技术研究所（IWU）的研究人员与合作伙伴联手开发下一代电动车电池外壳。目标是使这些电动车的核心组件更轻，并使制造过程中排放的二氧化碳减少15%。

关键词：“COOLBat”项目、动力电池、外壳、碳纤维、集成化

在COOLBat联合研究项目中，弗劳恩霍夫机床和成型技术研究所（IWU）的研究人员与合作伙伴联手开发下一代电动车电池外壳。目标是使这些电动车的核心组件更轻，并使制造过程中排放的二氧化碳减少15%。

项目合作伙伴旨在通过整合各系统、将更多功能集成到更小的安装空间，并使用新的导热材料和基于生物的阻燃涂料来实现这一目标。

当前的电池外壳，包括其负载分布和温度调节结构、框架、盖子和底板，仍然有减少碳排放的潜力。在该项目中，15个合作伙伴正在进行跨学科研究，研究创新的轻量化构造原理以减少质量，以及轻量化构造材料和生产方法，旨在使电池系统外壳的生产更加环保，并改善其在使用中的性能。

合作伙伴正在采取一种全面的方法，关注循环性、可修复性、资源和能源效率、安全性以及设计和材料层面的防火保护。

位于开姆尼茨的弗劳恩霍夫IWU正在协调该项目，该项目得到了德国联邦经济事务和气候行动部（BMWK）的资助，作为轻量化构造技术转移计划（TTP-LB）的一部分，并由尤利希项目管理（PTJ）监督。

原理很简单——外壳越轻，电动车的续航里程就越远，因为功耗降低了。

当前电池系统的能量密度有很大的提升空间，电池外壳是其中的关键。通过在更小的安装空间内整合新的轻量化构造方法和更多功能，减少接口数量，可以在减少重量的同时减少碳排放。

减少质量可以让我们在电池单元数量不变的情况下增加能量密度，从而增加续航里程。通过将外壳盖由纤维复合材料制成，我们能够将质量比钢制参考外壳减少60%以上。

——Rico Schmerler，弗劳恩霍夫IWU电池系统部门的项目经理和科学家

研究人员还发现了另一种可能减轻重量的方法，即将外壳中以前分别执行热和机械功能的各个系统集成。例如，弗劳恩霍夫制造技术和先进材料研究所（IFAM）铸造的冷却通道直接集成到横梁等承载结构中。

此外，将冷却单元功能与底板的底盘保护功能结合在单一组件中。底板内的铝泡沫吸收石块冲击和事故的冲击能量。结合相变材料（PCM），一种可以用来储存和随后释放大量热能和冷却能量的蜡状材料，铝泡沫还降低了冷却电动车电池所需的能量。底板由弗劳恩霍夫IWU和FES/AES开发，并在弗劳恩霍夫IWU生产，包括泡沫。

这种配置同时保护电池单元免受机械负载和过热的影响。流体通过通道流动，不仅从下方而且从侧面冷却电池单元。这减少了冷却电池所需的电量，并消除了车辆其他地方冷却元件的需求。

我们专注于功能集成结构。以前由电池内部不同模块处理的任务现在被集成到一个单一的组件中——在这种情况下是底板组件——以缩小安装空间并简化接口。这些底板将提供过热保护，并在事故中防止电池核心损坏。

——Rico Schmerler研究人员以奔驰EQS电池为参考和技术演示

电池向外部壳体的散热质量对电动车的性能和寿命有重大影响。通常使用导电浆料将电池模块连接起来以实现热连接。这个项目的一个目标是用环保的导热材料替代这些重且不可持续的浆料。为此，弗劳恩霍夫表面工程和薄膜研究所（IST）使用等离子体工艺将多孔可重复使用的泡沫金属化，然后将这些泡沫以垫片形式放置在电池和外壳之间的空间中。

弗劳恩霍夫木材研究所，威廉-克劳迪茨研究所（WKI）开发的一种新的阻燃涂料有助于提高安全性。它涂在外壳盖的底部，防止火势从下面的电池单元蔓延。该涂料还含有木质素——一种不可燃的生物基材料——取代基于石油的材料。

之前的钢制外壳盖已被新的碳纤维复合盖结构所取代，该结构不仅显著减少了组件的质量，还使得盖子可以重复使用。包括盖子、框架和底板在内的整个系统为可拆卸设计，并且可以无损地拆解到组件级别。

未来的计划是将该项目的各个结果扩展到使用大型电池，如火车、飞机和船只的其他应用和行业。冷却系统也可用于运输食品和药品，防火解决方案也可用于建筑物。

COOLBat项目的其他合作伙伴包括萨克森汽车开发联盟FES/AES、INVENT GmbH、Compositence、iPoint-systems、TIGRES、LXP集团、Basdorf、Lampe & Partner、MID Solutions GmbH、Synthopol、TRIMET Aluminium SE、梅赛德斯-奔驰AG、弗劳恩霍夫制造技术和先进材料研究所IFAM、弗劳恩霍夫表面工程和薄膜研究所IST，以及弗劳恩霍夫木材研究所，威廉-克劳迪茨研究所WKI。

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