Der Schlüssel für das Elektroauto liegt im Thermomanagement, so sieht es Klemens Schmiederer, Geschäftsführer bei Behr.
Behr
Durch die immer strenger werdenden Emissions- und Verbrauchsvorschriften werden Verbesserungen bestehender Kühlkreisläufe wie auch ihrer Komponenten notwendig, neue Systeme erforderlich. Zusätzliche Herausforderungen für die Entwicklung haben sich durch die Elektrifizierung des Antriebsstranges ergeben. Dabei wird das Thermomanagement je nach Elektrifizierungsgrad neue Aufgaben übernehmen. Und diese neuen Aufgaben erfordern wiederum neue Komponenten.
Unter Thermomanagement ist aus thermodynamischer Sicht das Steuern von Energieströmen, insbesondere von Wärmeströmen, aus fahrzeugtechnischer Sicht wiederum die energetische Optimierung des Wärmehaushalts im Fahrzeug zu verstehen. Ziel des Thermomanagements im Kfz ist eine Reduzierung des Verbrauchs und der Emissionen, die Gewährleistung der Motorkühlung sowie die Optimierung des Komforts im Innenraum. Es gilt demnach die Wärmeströme im beispielsweise Verbrennungsmotor, in Getrieben wie auch im Fahrgastraum optimal zu leiten, um den Kraftstoffverbrauch zu reduzieren und gleichzeitig den Innenraumkomfort zu erhöhen.
Dabei wird "Wärme" mittels eines "Wärmeträgers", das können Kühlmittel oder auch Luft sein, meist durch erzwungene Konvektion (Wärmetransport durch Stoffströme) von einem Körper zu einem anderen transportiert, um so die Temperatur einer Komponente, eines Stoffes zu regeln. Über Kühler, Ladeluftkühler, AGR-Kühler, Klima-Kondensator, also Wärmeübertrager, wird Wärme von einem Medium an ein anderes übertragen. Die Stoffströme der Fluide halten Pumpen (meist Kreiselpumpen, seltener Axialpumpen) oder Lüfter (Axiallüfter als Kühlerlüfter; Radiallüfter als Gebläselüfter für den Innenraum) aufrecht. Einen ausreichenden Kühlluftmassenstrom gewährleistet oft auch der Fahrtwind, so dass viele Fahrzeuge mit elektrisch angetriebenen Kühlerlüftern ausgerüstet werden.
Die Hauptaufgabe der Motorkühlung bestand einst darin, den Antrieb vor Überhitzung zu schützen. Nun jedoch hilft die Motorkühlung dabei, die immer strengeren Emissionsvorschriften einzuhalten, mit Energie sparsamer umzugehen, Kraftstoff einzusparen und letztlich weniger CO2 auszustoßen. Für die Elektrifizierung des Antriebsstrangs wird zudem die Rolle der Fahrzeugklimatisierung neu definiert. Mit der Elektrifizierung des Antriebsstrangs muss zudem der Kältekreislauf in das Thermomanagement der Lithium-Ionen-Batterie einbezogen werden. Darüber wird das Heizen und Kühlen des Innenraums einen nicht unerheblichen Beitrag zur Reichweitenerhöhung von Elektro- und Hybridfahrzeugen leisten.
Am Lehrstuhl für Verbrennungsmotoren der Technischen Universität Dresden wurde nun die motornahe Integration eines thermoelektrischen Generators in einen Abgas-Kühlmittel-Wärmetauscherverbund vor dem Abgasturbolader untersucht. Ziel dabei war die Steigerung der Systemeffizienz, sodass der Generator noch mehr thermische Abgasenergie in elektrische Energie umwandelt und somit den riemengetriebenen Generator zur Bordnetzversorgung entlastet.
Höhere Anforderungen an das Thermomanagement werden auch durch Hubraumverkleinerung und Aufladung von Diesel-, aber auch Ottomotoren gestellt. Dabei setzt sich die indirekte Ladeluftkühlung mehr und mehr durch. Behr zeigt, wie der bislang luftgekühlte Kondensator als indirekter Kondensator iCond in den Niedertemperaturkreislauf solcher Architekturen integriert werden kann. Die Vorteile werden mit einer robusten, einfachen und damit kostengünstigen Systemverschaltung erreicht. (ATZ 2012/11 Kühlmittelgekühlter Kondensator – Auswirkungen auf die Klimaanlage
Eine weitere Herausforderung für das automobile Thermomanagement ist beispielsweise das LED-Design. Denn hohe Temperaturen zählen noch immer zu den Hauptursachen für die Mehrzahl der Ausfälle in der Elektronik. Doch mithilfe eines automatisierten Verfahrens zur exakten thermischen Charakterisierung und Analyse elektronischer Bauteile und Systeme ist es Elektronikentwicklern künftig möglich, in einem Schritt das Wärmemanagement von Komponenten, Sub- und Komplettsystemen zu optimieren - etwa bei dem Design von LED-Scheinwerfern.