Wärmepumpe Die energieeffiziente Lösung zur Beheizung der Fahrerkabine

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 erfolgt über den elektrischen Widerstand: Jeder stromdurchflossene Leiter erzeugt bei Stromfluss Wärme. In den meisten Fällen entspricht dies nicht dem eigentlichen Zweck und muss als Verlustwärme abgeführt werden.

Bei gezielter Wärmeerzeugung kann diese Methode – die Widerstandsheizung – jedoch genutzt werden. Betrachtet man ausschließlich die Verbraucherseite (ohne Verluste bei Erzeugung und Transport), erreicht sie einen Wirkungsgrad von über 95 %.

 

Einfluss der Kabinenheizung auf die Reichweite

Bei mobilen Elektrofahrzeugen muss berücksichtigt werden, dass die Energie zur Wärmeerzeugung aus der Batterie stammt und somit die verfügbare Antriebsenergie reduziert. Der Einfluss des Heizbetriebs auf die Reichweite eines Elektrofahrzeuges hängt von mehreren Faktoren ab – sowohl fahrzeug- als auch nutzungsabhängig.

Zur Einordnung:

• Heizleistung Kabine: 3 kW – 5 kW
• Energieverbrauch Fahrzeug: 15 kWh – 20 kWh pro 100 km

Damit wird deutlich: Die Beheizung der Kabine führt direkt zu Reichweitenverlusten von über 20 %. Eine Reduzierung des Energieverbrauchs für die Heizung verbessert somit unmittelbar die Arbeitseffizienz des Fahrzeugs.

 

Wärmepumpe als effiziente Lösung

Durch den Einsatz einer Wärmepumpe kann der Energieverbrauch deutlich reduziert werden. Bereits bei einem COP (Coefficient of Performance) von 2 halbiert sich die benötigte elektrische Energie zur Beheizung – und damit auch der Reichweitenverlust. Wärmepumpen nutzen Umweltwärme und wandeln diese in Energie zum Heizen von Fahrzeugen um. Das Funktionsprinzip entspricht dem einer Klimaanlage, mit dem Unterschied, dass nicht Kälte, sondern Wärme genutzt wird.

 

Wärmepumpe ist nicht gleich Wärmepumpe

Es gibt nicht die eine Lösung – Wärmepumpe ist nicht gleich Wärmepumpe. Die Unterschiede beginnen bei der Wärmequelle und reichen bis zur Wärmeabgabe und zum Verteilersystem.

Mögliche Wärmequellen

• Umgebungsluft
• Abwärme aus Batterie
• Leistungselektronik
• Antriebsstrang

Wärmeabgabe und Verteilung

• direkte Luftheizung (Kabine)
• Kühlmittelkreislauf zur Wärmeverteilung

Zusätzliche Funktionen

• Reversibilität (Heizen und Kühlen in einem System)

Thermische Systemarchitektur im Fahrzeug

Die Architektur thermischer Systeme muss an die jeweiligen Maschinen angepasst werden. Gerade im Bereich On- und Off-Highway sind die Anforderungen deutlich vielfältiger als im klassischen Automotive-Bereich.
Eine frühzeitige Simulation in der Konzeptphase ist entscheidend, um die optimale Systemkombination zu identifizieren und effizient umzusetzen.

Ein zentrales Element ist die Systemsteuerung:´Sie sammelt nutzbare Energiequellen und verteilt diese gezielt im System. Dabei profitieren nicht nur Fahrer von einem stabilen Klima – auch die Batterie benötigt eine konstante, moderate Temperatur, um ihre volle Leistung bereitzustellen.

Die Steuerung solcher Systeme ist hochkomplex und erfordert tiefgehende Expertise in:

• Thermodynamik
• softwarebasierter Regelungstechnik