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Prämierte Innovation im Thermomanagement von Elektroautos

Prämierte Innovation im Thermomanagement von Elektroautos

Das Heizen, Lüften und Kühlen der Fahrgastzelle und die Vorkonditionierung der Leistungselektronik und der Batterie sind mit zahlreichen Herausforderungen verbunden.

Wir haben uns im Rahmen des Projekts „Thermomanagement im Bereich der Elektromobilität“ der Problematik angenommen. Dabei haben wir uns auf zwei Problemfelder konzentriert: geringer Bauraum und limitierte Akku-Kapazität.

Nach zwei Jahren Projektlaufzeit haben wir es geschafft. Wir haben die Reichweite von Elektroautos erweitert, eine platzsparende HVAC Einheit entwickelt und eine deutlich besseres Thermomanagement in Schnellladestationen entwickelt. Dafür wurden wir von der FFG für unsere Innovationen prämiert.

Gestartet sind wir mit drei Zielen ...

 

3 Ziele zur Verbesserung des Thermomanagements in Elektroautos

1. Stufenlos regelbare Heizungssteuerung

Zu Beginn hatten wir uns zum Ziel gesetzt, eine stufenlose Regelung von 0-100 % umzusetzen. Wir wollten einen PTC Heizcontroller entwickeln, der in einen individuellen Bauraum hineinpasst und mit einer 450 V Versorgung realisiert werden sollte. Ein besonderes Augenmerk haben wir auf die Schaltzyklen der Leistungselektronik gelegt. Somit können wir die Batterie schonen und auf die individuellen Bedürfnisse des Kunden eingehen.
 

2. Wärmepumpeneinheit

Oberstes Ziel war es, eine Wärmepumpe in einem Gerät platzsparend umzusetzen. Der geringe Bauraum von 40x40x20 cm war dabei besonders herausfordernd. Denn auf diesem engen Raum sollten Plattenwärmetauscher, Kompressor, Leitungsführung, regelbare Ventile und Dichtungen der Anschlussstutzen für den Kältekreislauf Platz finden.
 

3. Batterietemperiergerät für Schnellladestationen

Zu Projektbeginn wurde normalerweise Glykol als Wärmeträgermedium eingesetzt. Dieses hat jedoch eine geringe Kühlwirkung. Deshalb haben wir daran gearbeitet, ein Batterietemperiergerät zu entwickeln, das mit E-Fluid (Öl) als Wärmeträgermedium betrieben werden kann. Eine große Herausforderung stellte die geringe E-Fluid-Viskosität dar, da diese der Pumpe schadet.

Die Reise hin zu innovativem Thermomanagement in Elektroautos

Prämierte Innovation im Thermomanagement von Elektroautos

1. Herausforderung

Die stufenlos regelbare Heizungssteuerung mit ihren spezifischen Anforderungen an den engen Bauraum wurde schon früh umgesetzt. Bei Tests funktionierte sie einwandfrei.
Die Leistungselektronik hat jedoch bei Sicherheitsabschaltungen (z.B. durch Kurzschlüsse) massive Probleme die kurze Schaltzyklen zu überstehen. Diese Komplikationen führten zu einer massiven Zeitverzögerung, da wir eine neue Schaltungslogik entwickeln mussten.
 

2. Herausforderung Kältemittel Austritt

Die HVAC Einheit zur Batterie- und Fahrerkabinenkonditionierung wurde entwickelt und in Prototypentests auf die Probe gestellt. Das Ergebnis waren systembeeinflussende Vibrationen, welche vom Kompressor ausgingen. Gelöst wurde das Problem durch geänderte Verschraubungs- und Verankerungspunkte.

Eine weitere Komplikation war das 3-Wege-Ventil, das bei Betriebsdruck nicht schaltete. Zur Lösung wurden alternative Ventil-Hersteller evaluiert.
 

3. Herausforderung Wartungsfreiheit

Zunächst wurde ein Konzept mit dem Kälteträgermedium Novec statt Öl im Sekundarölkreis entwickelt. Bei Tests diffundierte Novec allerdings und somit war die Anlage nicht wartungsfrei. Deshalb wurden E-Fluids (Öle) mit einer 28 % besseren Kühleigenschaft eingesetzt. Zudem wurde eine neue Pumpe konstruiert und die HW/SW der Steuerung neu entwickelt.

 

Ziel erreicht: Verbessertes Thermomanagement in Elektroautos

Nach 2 Jahren Forschungsarbeit haben wir unser Ziel erreicht. Wir haben das Thermomanagement von Elektroautos und -Fahrzeugen erfolgreich verbessert. Für diese Leistung wurden wir von der FFG für unsere Innovationen prämiert.

1. Mehr Reichweite durch stufenlose Heizungssteuerung

Durch die Realisierung der stufenlos regelbaren Heizungssteuerung wurde die Reichweite von E-Autos optimiert. Auch bei Sicherheitsabschaltungen treten keine Probleme mehr auf. Die Sicherheitsschaltung schaltet ohne negative Beeinträchtigung der Platine bzw. der Hauptsicherung ab.

Im Vergleich dazu gibt es beim Mitbewerb lediglich eine mehrstufige Regelung mit Relais ohne Optimierung der Reichweite und ohne Sicherheitsabschaltung.
 

2. Platzsparende HVAC Einheit in nur einem Gerät

Die von uns entwickelte HVAC Einheit mit CAN Schnittstelle kann heizen, lüften und klimatisieren. Das alles bei geringem Platzbedarf in einem einzigen Gerät.

Im Vergleich dazu benötigt der Mitbewerb mehrere Geräte und einen doppelt so hohen Platzbedarf.
 

3. 28 % bessere Kühlung für Schnellladestationen

Die Realisierung eines Batterietemperiergeräts mit E-Fluid statt Glykol bzw. Novec als Wärmeträgermedium ist gelungen. Dadurch wurde eine deutlich bessere Kühlung um fast ein Drittel erreicht.

 

 

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