Moderne E-Fahrzeuge stellen komplexe Anforderungen an ein ganzjährig effizientes Thermomanagement.Es soll, insbesondere im Winterbetrieb, die Antriebsbatterie sowenig belasten wie möglich.
MAHLE hat ein kompaktes und wirtschaftliches wärmepumpenbasiertes System (IntegratedThermal System – ITS) entwickelt, mit dem die Reichweite im Winter um bis zu 20 Prozent erhöht werden kann. Neben einemdeutlich reduzierten Batteriestromverbrauch ist es einfach zu regeln und lässt sich an zukünftige Fahrzeugarchitekturen gutanpassen.
Aufgrund der nicht ständig verfügbaren Abwärme eines Verbrennungsmotors greifen die meisten heutigen E-Fahrzeuge im Winter zur Beheizung des Fahrzeuginnenraums und der Antriebsbatterie auf eine direkte elektrische Widerstandsheizung zurück. Diese besondere Belastung der Antriebsbatterie bei kalten Temperaturen kann die Reichweite eines vollständig geladenen Elektrofahrzeugs bis auf die Hälfte reduzieren. Auch im Sommer verkürzt sich die Reichweite durch einen zusätzlichen Energieaufwand, der für die Kühlung der Antriebsbatterie und des Innenraums erforderlich ist.
In Feldversuchen mit einem elektrischen Kleinwagen hat MAHLE nachgewiesen, dass das ITS von MAHLE den Reichweitenverlust insbesondere bei kalten Umgebungstemperaturen erheblich verringert. Das verwendete Originalfahrzeug, ausgestattet mit einer konventionellen elektrischen Heizung, erreichte zunächst 100 Kilometer Reichweite. Nach der Ausstattung des Fahrzeugs mit dem ITS konnte die Reichweite auf 116 Kilometer gesteigert werden.
„Mit dem ITS von MAHLE können wir, je nach Auslegung, eine Reichweitenverbesserung zwischen 7 und 20 Prozent erreichen und somit den Reichweitenverlust insbesondere im Winter drastisch reduzieren“, so Laurent Art, Leiter Vorentwicklung Thermomanagement bei MAHLE.
Das ITS von MAHLE kombiniert verschiedene thermische Komponenten in einem System, das mehrere Betriebsfunktionen erlaubt. Im Mittelpunkt seiner Architektur steht ein semihermetischer Kältekreislauf, der aus einem Chiller, einem kühlmittelgekühlten Kondensator (i-Condenser) sowie einem thermischen Expansionsventil und einem elektrischen Antriebskompressor besteht. Der i-Condenser und der Chiller haben die gleiche Funktion wie der Kondensator und der Verdampfer in einem herkömmlichen Kältekreislauf. In diesem Fall jedoch überträgt das Kältemittel die Wärme anstelle von Luft an das Kühlmittel und erzeugt so warme bzw. kalte Kühlmittelströme. Das ITS verwendet R1234yf als Kältemittel und die herkömmliche Fahrzeugkühlflüssigkeit als Medium für den Wärmetransport zwischen Kühlkreislauf und den verschiedenen Wärmequellen und -senken im Fahrzeug.
Neben den geringen Kosten und seiner Umweltfreundlichkeit bietet das ITS als weitere Vorteile eine hohe Designflexibilität und Adaptierbarkeit. Aktuell werden mit dem im Fahrzeug eingebauten ITS im MAHLE Klimawindkanal Versuche zur Regelungsoptimierung und weitere Tests durchgeführt. Gemeinsam mit amerikanischen OEMs arbeitet MAHLE daran, weitere Leistungs- und Kostenoptimierungen zu realisieren.
