Thermomanagement im Kühlkreislauf

Damit Elektro- und Hybridfahrzeuge mit besonders hohem Wirkungsgrad betrieben werden können, ist es notwendig, die Temperatur des E-Motors, der Leistungselektronik und der Batterie in einem optimalen Temperaturbereich zu halten. Um das zu gewährleisten, bedarf es eines perfekt konzipierten Thermomanagement-Systems.

Das Wichtigste in Kürze

• Nur im optimalen Temperaturbereich können Batterien ihre Leistungsfähigkeit zur Gänze abrufen. Mit einem abgestimmten Thermomanagement ist das möglich.
• Es wird zwischen direkter und indirekter Batteriekühlung unterschieden, wobei bei der direkten Kühlung das Element oder der Bereich gekühlt und bei der indirekten Kühlung die Wärme von einem bestimmten Bereich abtransportiert wird.
• Für die Steuerung der Kühlmittelventile bietet HELLA den Smart universal rotary Aktuator (URA) an.

Je komplexer das Fahrzeug, desto wichtiger das Thermomanagement

Das Thermomanagement steuert die Wärmeströme in Fahrzeugen und ist umso wichtiger, je komplexer das Fahrzeug ist. Der Wirkungsgrad von Elektro- und Hybridfahrzeugen hängt direkt mit den Temperaturen des E-Motors und der Leistungselektronik sowie der Batterie zusammen. Ziel ist es, alles in einem optimalen Temperaturbereich zu halten.

Kommt es zu kurzzeitigen Spitzenbelastungen und hohen elektrischen Strömen wie bei der Rekuperation oder dem Boosten werden die Batteriezellen stark erwärmt. In Sommermonaten kommen hohe Außentemperaturen dazu – und der kritische Wert von 40° C ist schnell erreicht und sogar überschritten. Hier muss also auf optimale Kühlung geachtet werden.

Die E-Motoren selbst erzeugen hingegen im Unterschied zu Verbrennungsmotoren selbst nur wenig Wärme, sodass für die Erwärmung des Innenraums eine Zusatzheizung notwendig ist. Eine zusätzliche Heizung bedeutet für das Batteriemanagement wesentlich höhere Anstrengungen.

Die E-Motoren und die Leistungselektronik müssen immer entsprechend gekühlt werden, während Batterien je nach Bedarf gekühlt oder beheizt werden. Das gesamte Kühlsystem im Fahrzeug unterteilt sich daher in mehrere Kreisläufe: Von der Kühlmittelpumpe wird das System angetrieben, sodass die Kühlflüssigkeit zu den entsprechenden Aktuatoren fließt. Diese Aktuatoren regeln den Kühlmittelfluss für die entsprechenden Komponenten bedarfsgerecht.

Rotatorische, intelligente Aktuatoren für 360° Winkel

• Für die Steuerung der Kühlmittelventile bietet HELLA rotatorische, intelligente Aktuatoren für 360° Winkel an.
• Rotatorische, intelligente Aktuatoren für 360° Winkel sind in der Lage, basierend auf einer LIN/PWM-Ansteuerung sehr feine Regelungen vorzunehmen

Ein optimierter Wärmehaushalt in einem elektrifizierten Fahrzeug hängt direkt von den eingesetzten Produkten im Thermomanagement und der intelligenten Ventilsteuerung ab. So bewegt sich das Fahrzeug mit höchster Effizienz.

Indirekte Batteriekühlung – wie funktioniert sie?

Um einen besonders hohen Wirkungsgrad zu erzielen, müssen alle Komponenten bei idealen Temperaturen betrieben werden. Dafür bedarf es eines ausgeklügelten Thermomanagement-Systems. Der Kühlkreislauf transportiert die Wärme von einem zu beheizenden Element oder Bereich ab, wohingegen ein Kältekreislauf das Element oder den Bereich abkühlt.

Indirekte Batteriekühlung

Ein effektives Thermomanagement ist umso wichtiger, je leistungsstärker die Batterie ist. Daher setzt sich ein kühl- und kältemittelbasierender Kreislauf aus mehreren kleinen Kreisläufen zusammen. Ein einzelner kleiner Kühlkreislauf besteht beispielsweise aus:

• Kühler (Niedrigtemperaturkühler)
• Kühlmittelpumpe
• Thermostat
• Kühlmittel-Absperrventil

Zusätzlich kann über einen Wärmetauscher, auch Chiller genannt, der Kältemittelkreislauf der Klimaanlage eingebunden werden. Bei niedrigen Außentemperaturen beheizt der Hochvolt-Kühlmittel-Heizer die Batterie.

Aus welchen Komponenten besteht der kühl- und kältemittelbasierende Kreislauf?

Der Kreislauf wird aus den folgenden Elementen zusammengesetzt:

• Chiller – spezieller Wärmetauscher sowohl für den Kühlmittel- als auch für den Kältemittelkreislauf
• Batteriekühler – ist für die Kühlung der Batterie zuständig (direkte oder indirekte Kühlung möglich)
• Elektrischer Kompressor – kühlt zusammen mit der Klimaanlage das Kühlmittel herunter
• Absperrventil (Kühlventil-Aktuator) – für die Betätigung des Motor- und Split-Kühlventils im Kühlkreislauf zuständig
• Niedrigtemperaturkühler – hält die Kühlmitteltemperatur unter 60° C in einem separaten Kühl-Kreislauf
• Hochvolt-Kühlmittel-Zuheizer – ist für die Erwärmung des Kühlmittels bei zu niedrigen Temperaturen zuständig
• Thermostat – hält Temperatur des Kühlmittels konstant
• Hochvolt-Zuheizer – als elektrischer Zuheizer bekannt, sorgt für die separate Erwärmung des Innenraums des Fahrzeugs
• Leistungselektronik – steuert Elektromotoren an und sorgt dafür, dass der Motor mit Fahrzeugsteuerung kommuniziert
• Hochvolt-Batterie – besteht aus miteinander verbundenen Batteriemodulen und stellt eine Schlüsselkomponente des Kreislaufs dar
• Kondensator – kühlt erwärmtes Kältemittel im Kompressor ab

Fazit: Ausgeklügeltes Thermomanagement lohnt sich

Auf ein ausgeklügeltes Thermomanagement beim Elektrofahrzeug kommt es an, um Energie und Geld zu sparen und die Umwelt zu schonen. Je besser das Thermomanagement ist, desto effizienter wird die Energie genutzt. Investitionen in hervorragendes Thermomanagement lohnen sich also.

Sehen Sie auch hierzu unser Video: Thermomanagement in Elektro- und Hybridfahrzeugen

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