Wärmepumpe Die energieeffiziente Lösung zur Beheizung der Fahrerkabine

Wie kann in einem Elektrofahrzeug die Kabine beheizt werden, wenn keine Abwärme des Verbrennermotors zur Verfügung steht. Die Energiequelle eines Elektrofahrzeuges liefert Strom und Strom kann in Wärme umgewandelt werden. Die direkte Methode geht über den elektrischen Widerstand, jeder stromdurchflossene Leiter erzeugt bei Stromfluss Wärme. In den meisten Fällen nutzt das nicht dem eigentlichen Zweck und muss als Verlustwärme abgeführt werden. Aber bei einer gewollten Wärmeerzeugung kann diese Methode, die Widerstandsheizung, verwendet werden und wenn man nur die Verbraucherseite, ohne die Verluste bei Erzeugung und Transport usw. berücksichtigt, hat sie einen guten Wirkungsgrad von über 95%.

Bei mobilen Elektrofahrzeugen muss berücksichtigt werden, dass die Energie, die zur Wärmeerzeugung verwendet wird, aus der Batterie kommt und damit die zur Verfügung stehende Antriebsenergie reduziert. Die Auswirkung des Heizbetriebs auf die Reichweite eines Elektrofahrzeuges ist von mehreren Faktoren abhängig, diese sind teils fahrzeug- und teils nutzungsabhängig. Beispielhaft können wir für eine Abschätzung folgende Werte heranziehen. Zur Beheizung der Kabinenluft wird eine Heizleistung von 3 kW – 5 kW benötigt und der Energieverbrauch eines Elektrofahrzeuges auf 100 km liegt bei 15 kWh – 20 kWh. Wir können also sehen, dass wir mit der Beheizung der Kabine direkt Reichweite verlieren und zwar über 20%. Eine Reduzierung des Energieverbrauchs zur Beheizung führt zu einer Verbesserung der Arbeitseffizienz eines Fahrzeuges.

Verwenden wir eine Wärmepumpe kann der Energieverbrauch gesenkt werden, bereits bei einem COP (Coefficient of Performance) von 2 bedeutet dies schon eine Halbierung der benötigten elektrischen Energie zur Beheizung und damit auch eine Halbierung des Reichweitenverlustes.

Wärmepumpen nutzen Umweltwärme und wandeln diese in Energie zum Heizen von Fahrzeugen um. Das Funktionsprinzip entspricht dem der Klimaanlage eines Fahrzeuges, nur dass hier nicht Kälte, sondern Wärme genutzt wird.

Es gibt aber nicht die eine Lösung, denn Wärmepumpe ist nicht gleich Wärmepumpe.

Die Unterscheidung beginnt bei der Wärmequelle, aus der die Energie gewonnen wird, und umfasst auch die Wärmeabgabe und das Verteilsystem. Bei einem Fahrzeug ist die Hauptquelle aus der die Umweltwärme gewonnen wird, die Umgebungsluft. In vielen Fällen macht es Sinn die Abwärme verschiedener Aggregate wie Batterie, Leistungselektronik, Antriebsstrang usw. in das System einzubinden und als Quelle zu nutzen. Die Wärmeabgabe kann direkt über die Luft z.B. zum Beheizen der Kabine erfolgen oder es kann zur Wärmeverteilung ein Kühlmittel in einem Verteilungskreislauf genutzt werden. Weiterhin gibt es auch die Option der Reversibilität, das ist die Möglichkeit die Wirkungsrichtung der Wärmepumpe umzukehren und sie somit sowohl zum Heizen als auch zum Kühlen einzusetzen.

Die Architektur der thermischen Systeme muss an die Gegebenheiten der Maschinen angepasst werden, die Anforderungen bei Maschinen On- und Off-Highway sind vielfältiger als im Automotiv- und Nutzfahrzeugbereich. Es ist wichtig, bereits in der Konzeptphase durch Simulation die optimale Kombination der Möglichkeiten zu erkennen, um diese effektiv für die Anwendung nutzen zu können. Die Steuerung des Systems, das nutzbare Energien einsammelt und durch ein ausgeklügeltes Verteilersystem für den Betrieb nutzt, denn nicht nur der Fahrer profitiert von einem guten Klima, auch die Batterie benötigt eine konstante, moderate Umgebungstemperatur um die volle Leistung anzubieten, diese Steuerung ist sehr komplex und benötigt viel Erfahrung sowohl in Thermodynamik als auch bei softwaregeführter Steuerungstechnik.

Mit unserem simulationsbasierten Engineering arbeiten wir mit Verhaltensmodellen des Systems und finden damit die passende Lösung für ihre Anforderung. Mit dieser Vorgehensweise erkennen wir frühzeitig wie die Komponenten und Systeme einschließlich der Steuerung ihre Aufgaben erfüllen. Das beschleunigt auch die Umsetzung in eine reale Anlage. In unserem Wölfle Testzentrum haben wir spezifische Prüfstände und können reale Messwerte bei definierten Bedingungen erhalten. Die realen Messdaten nutzen wir zusammen mit den Simulationsdaten und unserem Know-How um die Anlagen zu optimieren. Durch diesen Entwicklungsprozess kann die kostenintensive Erprobung im Realbetrieb minimiert werden.

Sie suchen eine maßgeschneiderte, effiziente Lösung, nicht irgendeine Wärmepumpe, dann sollten wir zusammenarbeiten.