Reichweite ist entscheidend für die Dimensionierung der Batterie und damit für die Fahrzeugkosten. Und: Hohe Reichweite plus geringe Fahrzeugkosten sind die wichtigsten Faktoren für die Akzeptanz von E-Autos. In dieser Zwickmühle spielt das Thermomanagement eine entscheidende Rolle, denn wir wollen es ja auch im Winter warm im Auto haben.
Im Sommer kühlen, im Winter heizen: E-Antrieb, HV-Batterie, Leistungselektronik und Fahrzeuginsassen haben unterschiedliche Temperaturbedürfnisse und diese müssen daher aktiv gesteuert werden. Gerade im Winter führt der Wärmebedarf für Innenraum und Batterie zu hohem Stromverbrauch. Das Thermomanagement spielt also eine wichtige Rolle für die Effizienz des Fahrzeugs und damit für die Reichweite.
Das integrierte direkte Thermomanagementsystem von MAHLE bietet eine effiziente, innovative und kostengünstige Lösung. Dieses System beinhaltet eine Wärmepumpenfunktion, die alle verfügbaren Wärmequellen wie die Abwärme des Antriebsstrangs und die Umgebungswärme als Quelle nutzt, um die Reichweite im Winter auch bei hohem Heizbedarf der Kabine zu optimieren. Die Leistungs- und Effizienzvorteile sind durch Fahrzeugtests nachgewiesen.
Besonderes Augenmerk liegt auf der Bauteilintegration mit Modulen auf der Kältemittel- und Kühlmittelseite – für weitere Kosteneinsparungen.
MAHLE hat sich zwei Großaufträge für Thermomanagement-Module von E-Autos gesichert. Das Gesamtauftragsvolumen beider Projekte beträgt knapp 1,5 Milliarden Euro. MAHLE führt bislang einzeln verbaute Komponenten in Thermomanagement-Module zusammen, die die Temperierung von Batterie, Fahrzeuginnenraum, Antriebsstrang und Leistungselektronik steuern.
Die Module arbeiten dabei deutlich effizienter als ihre Einzelteile und können die Reichweite eines E-Autos um bis zu 20 Prozent sowie die Ladegeschwindigkeit deutlich erhöhen.
MAHLE hat in beiden Modulen seine Einzelkomponenten wie den elektrischen Kompressor, Wärmeübertrager, Kältemittelventile sowie weitere Komponenten in einer Einheit zusammengefasst. Eines der Module ist dabei besonders hochintegriert, denn es verbindet den Kältemittelkreislauf mit den Kühlmittelkreisläufen. Damit werden Batterie, Antriebsstrang und Fahrzeuginnenraum im Winter mit ausreichend Wärme versorgt und im Sommer optimal gekühlt.
BU: Kraftpaket: Das Thermomanagement-Modul von MAHLE reduziert Bauraum und Kosten. Es arbeitet deutlich effizienter und kann die Reichweite eines E-Autos um bis zu 20 Prozent erhöhen.
Bislang gibt es im Markt keine einheitliche Systemarchitektur für Wärmepumpen. Generell lassen sich zwei große Konzeptfamilien unterscheiden: die direkten und indirekten Wärmepumpensysteme. Diese Einteilung basiert auf der Art und Weise, wie die Wärme an den Innenraum abgegeben wird. Bei den indirekten Systemen wird heißes Kühlmittel und ein entsprechender Wärmeübertrager für die Lufterwärmung verwendet. Bei dem von MAHLE entwickelten direkten Systemansatz wird die Wärme direkt vom Kühlmittel auf die Kabinenluft übertragen.
Diese Systemauslegung hat unterhalb von null Grad Celsius Umgebungstemperatur einen erheblichen Effizienzvorteil. Insgesamt kann das System in einer Vielzahl von Kühl- und Heizmodi betrieben werden.
Dazu gehört die Kühlung der Fahrzeugkabine, des E-Antriebs und der Batterie aber auch die effiziente Beheizung der Kabine durch Rückgewinnung von Wärme aus der Umgebung, dem E-Antrieb und der Batterie.
Die Daten in der Grafik zeigen einen Vergleich des Energieverbrauchs von Wärmepumpensystemen verschiedener Fahrzeuge. Darin wird deutlich, dass – verglichen zum bestgetesteten System (Fahrzeug C) – das MAHLE Direkte Thermische System (DTS) einen um 20 Prozent verringerten Energieverbrauch aufweist.
Verglichen zu einem Fahrzeug ohne Wärmepumpe, also ein Fahrzeug, welches allein mit einem elektrischen Heizer die Fahrzeugkabine beheizt, such eine Reichweitensteigerung von 20 Prozent ergibt.
Die Hauptkomponenten des DTS sind ein zweireihiges Kühlmodul mit einem Niedertemperaturkühler und einem außenliegenden Wärmeübertrager (OHX), einer Klimaeinheit mit Wärmepumpenheizung und Verdampfer sowie ein intelligentes R/D-Modul als Kombination aus dem Kältemittel-Hochdrucksammler mit mehreren Ventilen und einem Kühlsteuerungsmodul, das einen Kühler sowie Kühlmittelpumpen und -ventile umfasst. Außerdem ist ein interner Wärmeübertrager (IHX) Teil des thermischen Systems.