Das Wärmemanagement von Fahrzeugantrieben lässt sich in das Wärmemanagement von Fahrzeugen mit konventionellem Verbrennungsmotor und das Wärmemanagement von Fahrzeugen mit alternativen Antrieben unterteilen. Das Wärmemanagement von Fahrzeugen mit konventionellem Verbrennungsmotor ist mittlerweile sehr ausgereift. Da diese Fahrzeuge von einem Verbrennungsmotor angetrieben werden, liegt der Fokus des Wärmemanagements im konventionellen Automobilbau auf dessen Wärmemanagement. Dieses umfasst im Wesentlichen das Motorkühlsystem. Mehr als 30 % der Wärme im Fahrzeugsystem müssen über den Motorkühlkreislauf abgeführt werden, um eine Überhitzung des Motors unter Volllast zu verhindern. Das Motorkühlmittel wird zudem zur Beheizung des Fahrgastraums genutzt.
Der Antrieb von Fahrzeugen mit konventionellen Verbrennungsmotoren besteht aus Motor und Getriebe, während Fahrzeuge mit alternativen Antrieben aus Batterien, Motoren und elektronischer Steuerung bestehen. Die Methoden des Wärmemanagements beider Fahrzeugtypen haben sich stark verändert. Die Antriebsbatterie von Fahrzeugen mit alternativen Antrieben arbeitet im normalen Temperaturbereich von 25–40 °C. Daher muss das Wärmemanagement der Batterie sowohl die Wärme halten als auch die Wärme abführen. Gleichzeitig darf die Motortemperatur nicht zu hoch werden, da dies die Lebensdauer des Motors beeinträchtigt. Daher sind auch für den Motor während des Betriebs geeignete Maßnahmen zur Wärmeabfuhr erforderlich. Im Folgenden werden das Wärmemanagementsystem der Batterie sowie das Wärmemanagementsystem der Motorsteuerung und anderer Komponenten erläutert.
Thermomanagementsystem für die Antriebsbatterie
Das Wärmemanagementsystem der Antriebsbatterie lässt sich anhand unterschiedlicher Kühlmedien im Wesentlichen in Luftkühlung, Flüssigkeitskühlung, Phasenwechselmaterialkühlung und Wärmerohrkühlung unterteilen. Die Prinzipien und Systemstrukturen der verschiedenen Kühlmethoden unterscheiden sich deutlich.
1) Luftkühlung der Antriebsbatterie: Der Akku und die Außenluft tauschen durch Konvektion Wärme über den Luftstrom aus. Die Luftkühlung wird im Allgemeinen in natürliche und erzwungene Kühlung unterteilt. Bei der natürlichen Kühlung kühlt die Außenluft den Akku während der Fahrt. Bei der erzwungenen Luftkühlung wird ein Lüfter zur Kühlung des Akkus installiert. Die Vorteile der Luftkühlung sind die geringen Kosten und die einfache kommerzielle Anwendung. Die Nachteile sind die geringe Wärmeabfuhreffizienz, der große Platzbedarf und die starken Geräuschprobleme.PTC-Lufterhitzer)
2) Flüssigkeitskühlung von Akkus: Die Wärme des Akkus wird durch den Flüssigkeitsstrom abgeführt. Da die spezifische Wärmekapazität von Flüssigkeiten größer ist als die von Luft, ist die Kühlwirkung der Flüssigkeitskühlung besser als die der Luftkühlung, und die Kühlgeschwindigkeit ist ebenfalls höher. Zudem ist die Temperaturverteilung nach der Wärmeabfuhr im Akku relativ gleichmäßig. Daher findet die Flüssigkeitskühlung auch im kommerziellen Bereich breite Anwendung.PTC-Kühlmittelvorwärmer)
3) Kühlung von Phasenwechselmaterialien: Phasenwechselmaterialien (PCM) umfassen Paraffine, Hydrate, Fettsäuren usw., die bei einem Phasenübergang große Mengen an latenter Wärme aufnehmen oder abgeben können, ohne ihre eigene Temperatur zu verändern. Daher verfügen PCM über eine hohe thermische Energiespeicherkapazität ohne zusätzlichen Energieverbrauch und werden häufig zur Batteriekühlung in elektronischen Produkten wie Mobiltelefonen eingesetzt. Die Anwendung in Fahrzeugbatterien befindet sich jedoch noch im Forschungsstadium. Phasenwechselmaterialien weisen eine geringe Wärmeleitfähigkeit auf, wodurch die mit der Batterie in Kontakt stehende Oberfläche des PCM schmilzt, während andere Bereiche nicht schmelzen. Dies reduziert die Wärmeübertragungsleistung des Systems und ist für große Fahrzeugbatterien ungeeignet. Können diese Probleme gelöst werden, stellt die PCM-Kühlung die vielversprechendste Lösung für das Wärmemanagement von Elektrofahrzeugen dar.
4) Wärmerohrkühlung: Ein Wärmerohr basiert auf dem Prinzip der Wärmeübertragung durch Phasenwechsel. Es besteht aus einem geschlossenen Behälter oder Rohr, das mit einem gesättigten Arbeitsmedium (z. B. Wasser, Ethylenglykol oder Aceton) gefüllt ist. Ein Ende des Wärmerohrs dient der Verdampfung, das andere der Kondensation. Es kann nicht nur die Wärme des Akkus aufnehmen, sondern ihn auch erwärmen. Aktuell gilt es als das vielversprechendste System zur Wärmeableitung von Akkus. Die Forschung auf diesem Gebiet ist jedoch noch im Gange.
5) Direkte Kältemittelkühlung: Bei der direkten Kühlung wird das Prinzip des Kältemittels R134a und anderer Kältemittel zur Verdampfung und Wärmeaufnahme genutzt. Der Verdampfer der Klimaanlage wird im Batteriekasten installiert, um diesen schnell abzukühlen. Das System zeichnet sich durch hohe Kühlleistung und Effizienz aus.
Veröffentlichungsdatum: 29. April 2024
