Da der Marktanteil von Elektrofahrzeugen stetig wächst, verlagern Automobilhersteller ihren Forschungs- und Entwicklungsschwerpunkt zunehmend auf Antriebsbatterien und intelligente Steuerungssysteme. Aufgrund der chemischen Eigenschaften der Antriebsbatterie hat die Temperatur einen größeren Einfluss auf deren Lade- und Entladeverhalten sowie Sicherheit. Daher genießt die Entwicklung des Batteriethermomanagementsystems bei Elektrofahrzeugen höchste Priorität. Ausgehend von der bestehenden Struktur gängiger Batteriethermomanagementsysteme für Elektrofahrzeuge und unter Einbeziehung der Achtwegeventil-Wärmepumpentechnologie von Tesla werden das Funktionsprinzip der Antriebsbatterie sowie die Vor- und Nachteile des Thermomanagementsystems analysiert. Dabei werden Probleme wie Leistungsverluste im kalten Zustand, geringe Reichweite und reduzierte Ladeleistung identifiziert und ein Optimierungskonzept für das Batteriethermomanagementsystem vorgeschlagen.
Aufgrund der mangelnden Nachhaltigkeit traditioneller Energiequellen und der zunehmenden Umweltverschmutzung haben Regierungen und Automobilhersteller weltweit den Umstieg auf Fahrzeuge mit alternativen Antrieben beschleunigt und konzentrieren sich dabei auf die Förderung der Entwicklung von Elektrofahrzeugen, die hauptsächlich mit reinem Strom betrieben werden. Mit dem stetig wachsenden Marktanteil von Elektrofahrzeugen rücken leistungsstarke Batterien und intelligente Steuerungssysteme immer stärker in den Fokus der technologischen Entwicklung. Eine optimale Lösung konnte bisher nicht gefunden werden. Anders als herkömmliche Benzinfahrzeuge können Elektrofahrzeuge die Abwärme nicht zur Beheizung des Innenraums und des Akkus nutzen. Daher muss bei Elektrofahrzeugen die gesamte Beheizung über externe Energiequellen erfolgen. Die Frage, wie die Restenergie des Fahrzeugs optimal genutzt werden kann, stellt somit eine zentrale Herausforderung für das Thermomanagement in der Automobilindustrie dar.
DerThermomanagementsystem für ElektrofahrzeugeDas Wärmemanagementsystem reguliert die Temperatur verschiedener Fahrzeugkomponenten durch Wärmeabfuhr, insbesondere von Motor, Batterie und Fahrgastzelle. Batterie und Fahrgastzelle erfordern eine bidirektionale Temperaturregelung, während beim Motor lediglich die Wärmeabfuhr berücksichtigt werden muss. Die meisten frühen Wärmemanagementsysteme von Elektrofahrzeugen arbeiteten mit Luftkühlung. Diese Systeme konzentrierten sich primär auf die Temperaturregelung der Fahrgastzelle und vernachlässigten Motor und Batterie, wodurch im Betrieb Energie verschwendet wurde. Mit steigender Leistung von Motor und Batterie reichte die Luftkühlung nicht mehr aus, um die grundlegenden Anforderungen an das Wärmemanagement zu erfüllen. Flüssigkeitskühlung hat sich etabliert. Sie verbessert nicht nur die Wärmeabfuhr, sondern auch die Batterieisolierung. Durch die Steuerung von Ventilen kann die Flüssigkeitskühlung die Wärmeabfuhr gezielt steuern und die im Fahrzeug vorhandene Energie optimal nutzen.
Die Beheizung der Batterie und des Fahrgastraums erfolgt im Wesentlichen über drei Methoden: PTC-Thermistorheizung, elektrische Heizfolienheizung und Wärmepumpenheizung. Aufgrund der chemischen Eigenschaften der Antriebsbatterie von Elektrofahrzeugen treten bei niedrigen Temperaturen Probleme wie Leistungsverlust im kalten Zustand, geringere Reichweite und reduzierte Ladeleistung auf. Um sicherzustellen, dass Elektrofahrzeuge unter verschiedenen Extrembedingungen optimale Betriebsbedingungen erreichen und den Nutzungsanforderungen gerecht werden, muss das Batteriethermomanagementsystem für niedrige Temperaturen verbessert und optimiert werden.
Batteriekühlmethode
Je nach Wärmeübertragungsmedium lassen sich Batteriethermomanagementsysteme in drei Typen unterteilen: Luft-, Flüssigkeits- und Phasenwechselmaterial-Thermomanagementsysteme. Luft-Thermomanagementsysteme können wiederum in natürliche und Luftkühlungssysteme unterteilt werden. Es gibt also zwei Arten von Kühlsystemen.
Für die PTC-Thermistorheizung muss eine PTC-Thermistor-Heizeinheit und eine Isolierbeschichtung um den Akku angeordnet werden. Wenn der Fahrzeugakku erwärmt werden muss, aktiviert das System den PTC-Thermistor, um Wärme zu erzeugen, und bläst dann Luft durch den PTC mittels eines Lüfters.PTC-Kühlmittelvorwärmer/PTC-LufterhitzerDie Heizrippen des Thermistors erhitzen die Luft und leiten sie schließlich in den Akku, wo sie zirkuliert und so den Akku erwärmt.
Veröffentlichungsdatum: 19. Mai 2023
