Das Thermomanagementsystem eines Autos ist ein wichtiges System zur Regulierung des Klimas im Fahrzeuginnenraum und der Funktion der Fahrzeugkomponenten. Es verbessert die Energieeffizienz durch Kühlung, Heizung und interne Wärmeleitung. Vereinfacht gesagt, ist es so, als bräuchten Menschen bei Fieber ein Fieberpflaster und bei starker Kälte eine Wärmedecke. Da die komplexe Struktur rein elektrischer Fahrzeuge nicht durch menschliche Eingriffe beeinflusst werden kann, spielt ihr eigenes „Immunsystem“ eine entscheidende Rolle.
Das Thermomanagementsystem von reinen Elektrofahrzeugen unterstützt das Fahren durch optimale Nutzung der Batterieenergie. Durch die gezielte Rückgewinnung der Wärmeenergie im Fahrzeug für Klimaanlage und Batterie kann das Thermomanagement Batterieenergie sparen und so die Reichweite erhöhen. Seine Vorteile sind besonders bei extremen Temperaturen deutlich. Das Thermomanagementsystem von reinen Elektrofahrzeugen umfasst im Wesentlichen folgende Hauptkomponenten:Hochvolt-Batteriemanagementsystem (BMS)Batteriekühlplatte, BatteriekühlerHochspannungs-PTC-Elektroheizungund Wärmepumpensysteme je nach Modell.
Batteriekühlpaneele eignen sich zur direkten Kühlung von Akkus in reinen Elektrofahrzeugen. Man unterscheidet zwischen direkter Kühlung (Kältemittelkühlung) und indirekter Kühlung (Wasserkühlung). Die Paneele können individuell an den jeweiligen Akku angepasst werden, um einen effizienten Betrieb und eine verlängerte Lebensdauer zu gewährleisten. Der Zweikreis-Batteriekühler mit zwei Kühlmedien (Kältemittel und Kühlmittel) im Inneren ist ideal für die Kühlung von Akkus in reinen Elektrofahrzeugen geeignet. Er hält die Akkutemperatur im optimalen Bereich und sichert so eine maximale Lebensdauer.
Reine Elektrofahrzeuge haben keine Wärmequelle, daher einHochspannungs-PTC-HeizelementUm den Fahrzeuginnenraum schnell und ausreichend zu beheizen, ist eine Standardleistung von 4–5 kW erforderlich. Die Restwärme eines rein elektrischen Fahrzeugs reicht nicht aus, um die Fahrgastzelle vollständig zu beheizen, daher ist ein Wärmepumpensystem notwendig.
Sie fragen sich vielleicht, warum bei Hybridfahrzeugen auch Mikrohybride erwähnt werden. Der Grund für diese Unterteilung ist folgender: Hybride mit Hochvoltmotoren und Hochvoltbatterien ähneln in Bezug auf das Wärmemanagementsystem eher Plug-in-Hybriden. Daher wird die Wärmemanagementarchitektur solcher Modelle im Folgenden im Abschnitt über Plug-in-Hybride erläutert. Der Begriff „Mikrohybrid“ bezieht sich hier hauptsächlich auf einen 48-V-Motor und eine 48-V/12-V-Batterie, beispielsweise einen 48-V-BSG (Riemenstartergenerator). Die Merkmale seiner Wärmemanagementarchitektur lassen sich in drei Punkten zusammenfassen.
Motor und Batterie sind hauptsächlich luftgekühlt, aber auch wasser- und ölgekühlte Varianten sind erhältlich.
Bei luftgekühltem Motor und Akku treten in der Regel keine Probleme mit der Kühlung der Leistungselektronik auf, es sei denn, es handelt sich um einen 12-V-Akku in Kombination mit einem bidirektionalen 12-V-zu-48-V-DC/DC-Wandler. In diesem Fall kann je nach Auslegung der Anlauf- und Bremsleistung des Motors eine Wasserkühlung erforderlich sein. Die Luftkühlung des Akkus kann im Luftkreislauf des Akkupacks durch Lüftersteuerung realisiert werden, was den Konstruktionsaufwand – insbesondere die Auslegung der Luftkanäle und die Auswahl der Lüfter – erhöht. Simulationen zur Analyse der Kühlwirkung der Luftkühlung sind bei Akkus mit Zwangsluftkühlung schwieriger als bei flüssigkeitsgekühlten Akkus, da die Simulationsfehler bei der Wärmeübertragung durch Gasströmung im Vergleich zur Wärmeübertragung durch Flüssigkeitsströmung größer sind. Bei Wasser- und Ölkühlung ähnelt das Wärmemanagement dem eines reinen Elektrofahrzeugs, allerdings ist die Wärmeentwicklung geringer. Da Mikrohybridmotoren nicht mit hohen Frequenzen arbeiten, entsteht in der Regel kein dauerhaft hohes Drehmoment, das zu einer schnellen Wärmeentwicklung führt. Eine Ausnahme bilden die 48V-Hochleistungsmotoren, die in den letzten Jahren zwischen Leichthybriden und Plug-in-Hybriden eingesetzt werden. Sie sind kostengünstiger als Plug-in-Hybride, bieten aber eine höhere Antriebsleistung als Mikrohybride und Leichthybride. Dies führt zu längeren Laufzeiten und höheren Ausgangsleistungen der 48V-Motoren, sodass ein entsprechendes Wärmemanagementsystem zur Wärmeableitung erforderlich ist.
Veröffentlichungsdatum: 20. April 2023
