Fokus Reichweite und Nachhaltigkeit

Smarte Temperaturregelung von E-Autos

13. September 2022, 9:00 Uhr | Autor: Rick Winick, Redaktion: Irina Hübner
Mit smarter Temperaturregelung gegen die Reichweitenangst.
© Honeywell | WFM

Reichweitenangst ist nach wie vor ein Hauptgrund, warum Verbraucher:innen zögern auf ein E-Auto umzusteigen. Um den Strombedarf der Batterien weiter zu reduzieren, wird nach smarten Lösungen gesucht, um Fahrerkabinen, Motoren und Batterien möglichst effektiv zu kühlen und zu heizen.

Einer Studie der Boston Consulting Group zufolge werden bis zum Jahr 2030 immerhin 60 % der Autos in der EU batterieelektrische Fahrzeuge sein. Infolgedessen arbeiten die Autohersteller mit Hochdruck an der Einführung attraktiver neuer E-Modelle in jedem Segment, einschließlich Kleinwagen und Sport Utility Vehicles (SUVs). Größe, Ausstattung und Preis variieren stark von Modell zu Modell, aber alle E-Fahrzeuge stehen vor einer gemeinsamen Herausforderung: Wege zu finden, um die Reichweite zu erhöhen.

Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor kühlen den Fahrgastraum in der Regel mit einem riemengetriebenen Kompressor und anderen Heizungs-, Lüftungs- und Klimatisierungskomponenten. Ein Kältemittel absorbiert Wärme aus dem Fahrgastraum, indem es vom flüssigen in den gasförmigen Zustand wechselt, so dass eine Kühlwirkung entsteht. Der Kompressor wird durch den Motor angetrieben. Wenn die Temperaturen im Herbst und Winter sinken, nutzt das Fahrzeug die vom Motor zurückgewonnene Wärme, um den Innenraum zu heizen.

Da E-Fahrzeuge keine Verbrennungsmotoren haben, benötigen sie einen anderen Weg, um den Klimakompressor anzutreiben und im Winter Wärme zu erzeugen. Elektrische Kompressoren und Heizungen verbrauchen Strom aus der Hauptbatterie des E-Fahrzeugs, was sich auf die Reichweite des Fahrzeugs auswirkt.

Besonders niedrige, aber auch besonders hohe Temperaturen können den Batterien von Elektrofahrzeugen Schaden zufügen, weshalb das Wärmemanagement von entscheidender Bedeutung ist. Batterien arbeiten am effizientesten zwischen 20 °C und 35 °C. Niedrige Temperaturen verringern die Geschwindigkeit der chemischen Reaktionen, die es der Batterie ermöglichen, die gespeicherte Energie freizusetzen. Bei Temperaturen unter dem Gefrierpunkt kann sich die Lebensdauer der Batterie um bis zu 40 % verkürzen.

Bei hohen Temperaturen belastet auch der Einsatz der Klimaanlage zur Kühlung des Innenraums die Batterie und kann laut einer Studie der American Automobile Association die Reichweite um etwa 17 % verringern. Extreme Temperaturen können einen Batterie- oder Motorschaden verursachen, die Ladezeit beeinträchtigen, die Lebensdauer der Batterie verkürzen oder in seltenen Fällen diese sogar in Brand setzen.

Den Strombedarf minimieren

All dies deutet auf die Notwendigkeit hin, neue Wärmemanagementsysteme zu entwickeln, die den Strombedarf minimieren und gleichzeitig die thermische Kontrolle über den Fahrgastinnenraum und die elektronischen Komponenten gewährleisten. Eine neuere Technik, die immer häufiger in leichten E-Fahrzeugen eingesetzt wird, ist eine Wärmepumpe, die sowohl kalte als auch warme Luft für die Fahrzeuginsassen erzeugen kann.

Diese Technik ähnelt der Funktionsweise von Wärmepumpen in Wohn- und Geschäftsgebäuden. Mit Hilfe einer effizienten Wärmepumpe für Kraftfahrzeuge kann genügend Kühl- oder Heizleistung erzeugt werden, um die Temperatur des Innenraums sowie der Batterien und der Elektronik zu regeln. Durch den Einsatz einer Wärmepumpe anstelle einer herkömmlichen elektrischen Heizung kann die Reichweite des E-Fahrzeugs erhöht werden.

Fortschrittliche Kältemittel senken Emissionen

Neben der Lösung des Heiz- und Kühlproblems stehen die Hersteller von Elektrofahrzeugen vor einer weiteren Herausforderung. Ein globaler Ausstieg aus Materialien mit hohem Treibhauspotenzial (GWP), den sogenannten Fluorkohlenwasserstoffen (HFKW), zwingt die Automobilhersteller zum Umstieg auf Lösungen mit geringerem GWP. Aufgrund geänderter gesetzlicher Vorschriften und der öffentlichen Meinung muss das in der Vergangenheit überwiegend verwendete Kältemittel HFC-134a durch Alternativen mit niedrigem Treibhauspotenzial ersetzt werden.

Die weltweit am meisten verfügbare und bewährte Lösung für diese Anwendung ist HFO-1234yf, ein Kältemittel mit niedrigem Treibhauspotenzial, das heute in fast allen in Europa verkauften Leichtfahrzeugen zu finden ist.

Honeywell war das erste Unternehmen, das Automobilherstellern vor zehn Jahren HFO-1234yf zur Verfügung stellte und auch das erste, das in den USA eine HFO-1234yf-Produktionsanlage im Weltmaßstab errichtete. Durch die Balance der Gesamteigenschaften ermöglicht Solstice 1234yf von Honeywell die thermische Optimierung in E-Fahrzeugen. Wärmepumpen für E-Fahrzeuge, die mit Solstice 1234yf betrieben werden, können Motoren, Batterien und andere elektronische Komponenten kühlen sowie den Innenraum heizen und kühlen.

Die Entwicklung von Wärmemanagementlösungen, wie sie heute in E-Fahrzeugen eingesetzt werden, dauerte Jahre der Entwicklung und Integration und erforderte auch erhebliche Investitionen von Autozulieferern und den Herstellern selbst. Honeywells Solstice 1234yf bietet nach wie vor die thermischen Eigenschaften, um E-Fahrzeuge effizient zu heizen und zu kühlen. Die Lösung ist zukunftsfähig und kann die weitere Entwicklung und Innovationen in der EV-Industrie unterstützen.

 


Der Autor

Rick Winick
ist Vice President und General Manager bei Honeywell Mobile Refrigerants.


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