In dem vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) geförderten Projekt „hyPowerRange“ wird ein neuartiges hybrides Batteriekonzept entwickelt und erprobt. Ziel ist es, die Faktoren Reichweite, Kosten, Kühl- und Heizbedarf sowie Leistung von Elektrofahrzeugen zu verbessern.
Dazu soll ein modularer, hybrider Energiespeicher entstehen, im welchem verschiedene Hochleistungszellen anwendungsspezifisch zu einer Gesamtbatterie kombiniert werden.
An dieser Forschung sind ABT, Bertrandt, BMZ Group, Fraunhofer LBF, die Hochschule Kempten und Konvekta beteiligt.
Der Klimaspezialist Konvekta bekam dabei die Aufgabe zugeteilt, eine konstante Temperierung der Batterie sicherzustellen, um so den zuverlässigen Betrieb, konstante Leistung und eine hohe Lebensdauer der Hochleistungszellen zu gewährleisten. Dies umfasste zusätzlich die Temperierung des Fahrzeuginnenraumes sowie die Klimatisierung der elektrischen Komponenten wie Ladegerät, Motor und Umrichter. Als Demonstrationsfahrzeug entschied man sich für einen Audi A3, der von einem Verbrennungsmotor auf Elektroantrieb umgebaut wurde.
Das grundsätzliche Problem ist dabei, dass bei E-Fahrzeugen egal welcher Bauart, neben dem eigentlichen Antrieb die Klimatisierung die meiste Batterieenergie frisst, wenn sie den elektrisch betrieben wird. Der Einsatz einer CO2-Wärmepumpe kann hier in gewisser Weise Abhilfe schaffen und bei dieser Technik ist Konvekta jahrelanger Vorreiter in der Branche.
Durch unterschiedliche Aggregats- sowie Druckzustände des Kältemittels wird die Wärme bei CO2-Systemen aus der Umgebungsluft und aus wärmeerzeugenden Komponenten des Fahrzeugs (z. B. den Achsen) gesammelt. Diese Energie wird vervielfacht und zur Beheizung bereitgestellt. Aufgrund der langjährigen Entwicklungsarbeit der letzten Jahre gelang es dem Unternehmen aus Schwalmstadt, eine neue Form der CO2-Wärmepumpe zu entwickeln mit dem Schwerpunkt einer reichweitenoptimierten Batterie- und Fahrzeugtemperierung mit thermischer Vorkonditionierung aus dem elektrischen Netz.
Zudem integrierte Konvekta seinen schnellladefähigen Wärmespeicher Heat2Go in den kleinen Audi. Dieser Wärmespeicher nimmt in einem geringen Zeitfenster zugeführte thermische Energie durch einen Wechsel des Aggregatzustandes von fest zu flüssig auf. Die dort gespeicherte Wärmeenergie wird während der Fahrt kontinuierlich an den Innenraum sowie an temperaturbedürftige Nebenverbraucher abgegeben, was dazu führt, dass aus flüssig wieder fest wird. Hierfür benötigt das System keine Energie aus den Bordbatterien – das ist das große Plus hinter Heat2 Go.
Im Rahmen des Projektes hyPowerRange konnte Konvekta für sich Erkenntnisse gewinnen, die den zukünftigen Generationen von CO2-Wärmepumpen für E-Busse zugutekommen werden. Besonders bei dem Temperaturmanagement sammelte man neue Erfahrungen, die zukünftig der Effizienzsteigerung dienen werden.
Auch Heat2go ließ sich bei diesem Forschungsauftrag optimieren – die Temperaturverteilung wurde homogener gestaltet, was in der Summe bei einer direkten Verschaltung von Energiezellen der Optimierung ihrer Lebensdauer dient.
Neben weiteren Pluspunkten in Rahmen der Forschungsarbeit erzwang der kompakte Bauraum im A3 auch eine Neukonzeption des Wärmetauschers, der als CO2-Gaskühler und Verdampfer fungiert, was zu 33 % weniger Gewicht führte bei weiterhin gleicher Leistung.
Bild: Konvekta zeichnet bei dem Versuchsträger für die CO2-Wärmepumpe und Heat2Go als Thermomanagement für ein Elektrofahrzeug verantwortlich
Bildquelle: Kovekta
