Thermomanagement steigert die Reichweite
Elektrisch fahren - mit Kraftstoff heizen
Fortsetzung des Artikels von Teil 1
Vorgewärmte Batterie bietet sofort die volle Kapazität
Auch die im Abgas der Heizung enthaltene Energie besitzt noch Potential, die Gesamt-emissionen weiter zu verringern. Um den Abgasstrom der Heizung in den Katalysator zu leiten, ist die Abgasführung des Heizgerätes mit der des Fahrzeugmotors zu verbinden und um eine Abgasklappe zu ergänzen. So ließe sich mit den 200 bis 250 °C heißen Abgasen auch der Katalysator vorheizen, damit er schneller seine Betriebstemperatur und seine volle Reinigungsleistung erlangt. Zumindest die Light-Off-Temperatur des ersten Teils des Katalysators könnte auf diese Weise erreicht werden.
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Neben dem Verbrennungsmotor ist die Batterie das Herzstück des Antriebs von Plug-in-Hybridfahrzeugen und eine kostenintensive Fahrzeugkomponente. Während Verbrennungsmotoren auch bei tiefen Temperaturen ihre volle Leistung erbringen, sinkt bei Minusgraden die Leistungsabgabe der Traktionsbatterien deutlich ab. Hohe Belastungen in diesem Zustand erhöhen den Verschleiß und reduzieren die Batterie-Lebensdauer erheblich. Ein intelligentes Thermo-Management mit einer kraftstoffbe- triebenen Heizung kann hier Abhilfe schaffen: Ist keine On-Grid-Vorwärmung möglich, wäre die externe Heizung in der Lage, den Akku vor Fahrtbeginn auf eine günstigere Temperatur zu bringen, unabhängig von einem Netzbetrieb. So steht bereits unmittelbar bei Fahrtantritt die volle Batterieleistung zur Verfügung (Bild 2).
Verbrennungsmotor startet mit reduzierten Emissionen
Auch der Verbrennungsmotor profitiert von der kraftstoffbetriebenen Heizung. Wird beispielsweise während der Fahrt klar, dass die elektrische Energie nicht ausreicht, um das Fahrtziel zu erreichen, kann frühzeitig Wärme aus der Heizung genutzt werden, um den Motor über den Wasserkreislauf vorzuwärmen und so auf seine optimale Betriebstemperatur zu bringen. Selbst wenn man den Motor nur auf 60 °C heizen würde, ergäben sich beim Start deutlich geringere Emissionen und ein niedrigerer Verbrauch als bei einem Kaltstart. Noch größer wären die Verbesserungen, würde man durch eine intelligente Vorwärmung auch den Motorölkreislauf vor dem Anlassen mit Wärme versorgen. Ist eine elektrische Motorölpumpe vorhanden, so kann über den Motoröl-Kühlkreislauf im umgekehrten Fall mit der Heizung auch das Motoröl vorgewärmt werden. Denkbar ist auch ein Abzweig des Heizkreislaufes durch die Motorölwanne. Hierdurch lassen sich die motorinternen Reibverluste im Kaltstart senken, was zu einer weiteren Verbrauchsreduzierung beiträgt.
All diese Vorteile und Maßnahmen lassen sich durch einen geringen Aufwand erzielen: Kraftstoff ist an Bord vorhanden, ebenso ein Wasserkreislauf für die Heizung, der auch den Motor umfasst. Neben dem Einbau der Stand-/Fahrheizung und deren Integration in den Fahrzeugkühlkreislauf sind daher lediglich die entsprechende Steuerung für die Batteriekonditionierung und Anpassungen der Motorsteuerung erforderlich.
Nur die Gesamtsicht zeigt das volle Optimierungspotential
Die erforderliche Technologie der Stand-/Fahrheizung ist im Wesentlichen vorhanden. Webasto hat die beschriebenen Funktionen bereits in Prototypen realisiert.
Die Basis bildet dabei das Standheizungsmodell Thermo Top Evo (Bild 3). Mit Blick auf einen möglichen Serieneinsatz als Fahrheizung entwickelt Webasto die Heizung in zwei Richtungen weiter: Zum einen wird ihr Wirkungsgrad von derzeit 82 auf 92 Prozent gesteigert. Zum anderen wird sie für längere Lebensdauern ausgelegt. Dafür setzt Webasto das Know-how aus den Standheizungen für Lkw ein.
Diese Technologie der Stand-/Fahrheizung kann auch für reine Elektrofahrzeuge eingesetzt werden. Als besonders umweltfreundliche Variante hat Webasto auf der IAA 2011 in Frankfurt am Main bereits ein mit Bioethanol betriebenes Heizsystem vorgestellt.
So ergibt sich auf Basis einer ursprünglich vor allem von Komfortgedanken getriebenen Technik - der Standheizung - das Potential für zahlreiche Funktions-, Effizienz- und Emissionsver- besserungen. Um diese möglichen Vorteile zu realisieren, ist allerdings verstärkt eine Gesamtsicht erforderlich. Statt Komfort, Effizienz und Emissionen separat zu betrachten und getrennt zu entwickeln, ist es sinnvoll, das Thermo-Management als funktionsübergreifendes Thema zu verstehen und von diesem Ansatz ausgehend alle Optimierungsmöglichkeiten auszuloten. Das so entstehende Gesamtpaket von Umwelt-, Effizienz- und Komfortvorteilen dürfte auch für den Endkunden ein attraktives Angebot darstellen.
Der Autor
| Markus Renner |
|---|
| studierte Feinwerktechnik an der Fachhochschule München und ist seit mehr als vierzehn Jahren bei Webasto in der Entwicklung tätig. Derzeit verantwortet er als Head of System Engineering Car & Truck OE die Entwicklung von Thermo-Management-Lösungen. |
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