Wärmepumpe für E-Mobile steigert die Reichweite

20 Prozent mehr Fahrtstrecke möglich

| Autor: Jan Rosenow

ITS von Mahle: hohe Leistung mit wenig Kältemittel.
ITS von Mahle: hohe Leistung mit wenig Kältemittel. (Bild: Mahle)

Da Elektrofahrzeuge kaum Abwärme produzieren, müssen sie bei niedrigen Temperaturen mit Batteriestrom beheizt werden. Das kostet viel Energie und damit Reichweite, denn simple elektrische Widerstandsheizer sind wahre Stromfresser. Deutlich batterieschonender agiert eine Wärmepumpe, die nur für die Kältemittelpumpe Strom braucht, während sich das Gerät die Energie für die Wärmeerzeugung (oder Kälteerzeugung) aus der Umgebungsluft holt.

Der Stuttgarter Zuliefere Mahle treibt dieses Prinzip noch einen Schritt weiter. Sein neues Konzept ITS (Integrated Thermal System) kombiniert verschiedene thermische Komponenten miteinander in einem System, das mehrere Betriebsfunktionen erlaubt. Im Mittelpunkt seiner Architektur steht ein semihermetischer Kältekreislauf, der aus einem Chiller, einem kühlmittelgekühlten Kondensator (I-Condenser) sowie einem thermischen Expansionsventil und einem elektrischen Antriebskompressor besteht.

Kältemittel kühlt das Kühlmittel

Diese Konstruktion umfasst zudem zwei Kühlmittelpumpen und zwei Mehrventil-Kühlmittelverteiler, jeweils für den warmen und den kalten Kreislauf, die die thermische Energie an das Klimagerät des Fahrzeugs und weitere Verbraucher wie die Antriebsbatterie, den Wechselrichter, den Elektromotor usw. verteilen.

Im Sommer dominiert der Kühlmodus, bei dem Kühlflüssigkeit zur Kühlung und Entfeuchtung des Fahrzeuginnenraums vom Chiller zum Klimagerät transportiert wird (Klimaanlagenfunktion). Bei Bedarf kann ein Teil des kalten Kühlmittelstroms zur Antriebsbatterie umgeleitet werden.

Antriebsbatterie wird vorgewärmt

Im Winter fließt kaltes Kühlmittel durch den äußeren Wärmeübertrager und nimmt dort Wärme aus der Umgebungsluft auf (Wärmepumpenfunktion), die dann über den Chiller an den Kältekreislauf übertragen wird. Von dort gelangt sie zusammen mit der vom Kompressor aufgenommenen Leistung über den I-Condenser in den warmen Kühlkreislauf und schließlich über den Heizkörper in die Kabinenluft. Bei Bedarf wird ein Teil der warmen Kühlflüssigkeit dazu verwendet, die Antriebsbatterie vorzuwärmen. Die Abwärme der elektrischen Leistungskomponenten wird ebenfalls genutzt.

Klingt kompliziert, doch was bringt es? In Versuchen mit einem elektrischen Kleinwagen hat Mahle ermittelt, dass ITS den Reichweitenverlust insbesondere bei niedrigen Umgebungstemperaturen erheblich verringert. Das verwendete Fahrzeug, ausgestattet mit einer konventionellen elektrischen Heizung, erreichte zunächst 100 Kilometer Reichweite. Nach der Ausstattung des Fahrzeugs mit dem ITS waren bis zu 116 Kilometer möglich.

Im Vergleich zu heute bereits existierenden Wärmepumpensystemen in Fahrzeugen reklamiert Mahle folgende Vorteile für sein System:

  • Kompakterer Kältemittelkreislauf mit wenigen Verbindungsstellen
  • Geringere nötige Kältemittelmenge
  • Einfach anpassbar an unterschiedliche Fahrzeugarchitekturen
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