Thermal management Tailor-made thermal management solutions – for maximum efficiency and service life of modern vehicles
Functions of components from a thermal management perspective
Battery: The battery is a component that should only be operated within a specific temperature range. Above an operating temperature of +40°C, its service life decreases, while below -10°C, efficiency decreases and performance drops. Furthermore, the temperature difference between the individual cells must not exceed a certain value, as this also reduces service life. Further complicating matters is that short-term peak loads combined with high currents such as recuperation and boosting lead to significant heating of the cells.
HVAC system: The heating/air conditioning system is a neglected component in many projects. Achieving good interior comfort is only possible with specific operating points, but these are often at different temperature levels than the thermal management components. A pure performance assessment is not possible here, as humans are very sensitive to temperatures and air volumes. For example, the highest possible exhaust temperature (up to 60°C) should be selected for heating mode. However, the maximum operating temperature of batteries is usually around 40°C. If you wanted to heat at 40°C, this would only be possible with significantly more air, which can significantly impact the noise level.
Electric drivetrain: The electric motor, power electronics, and charging electronics components typically generate heat energy that must be dissipated both during driving and charging. These can best be compared to the combustion engine as an energy supplier. Overheating protection must also be taken into account here, especially when charging overnight, for example.
Fuel cells: The process in the fuel cell also releases heat that must be dissipated. The temperature levels correspond to approximately 80°C and are comparable to those of a combustion engine.
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Systemintegration
Ganzheitlicher Ansatz
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Temperaturregelung
<1K Genauigkeit
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Energiemodell
Frühe Simulation und Auslegung
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Maximale Reichweite
Effiziente Wärmenutzung
Temperaturmanagement wenn theorie an grenzen stößt
In der Fahrzeugentwicklung zeigt sich häufig, dass sich Energieströme im realen Betrieb anders verhalten als theoretisch berechnet. Thermomanagement-Konzepte müssen daher angepasst oder neu ausgelegt werden. Diese Effekte berücksichtigen wir bereits in der Modellbildung: Auf Basis mathematischer Klima- und Simulationsmodellen bilden wir reale Lastfälle, Leistungsniveaus und Temperaturanforderungen frühzeitig ab.
Mit der Elektrifizierung entfällt zudem die kontinuierliche Abwärme des Verbrennungsmotors. Wärme für Innenraum, Batterie und Komponenten muss elektrisch erzeugt werden, was unter ungünstigen Bedingungen Reichweite oder Einsatzzeit deutlich reduzieren kann. Genau hier setzt unser Ansatz an: Wir entwickeln effiziente Thermomanagement-Lösungen, um den Zielkonflikt zwischen Energieverbrauch, Komfort und Bauteilschutz aufzulösen.
Thermische Anforderungen Viele Komponenten. Ein Gesamtsystem
Moderne elektrische Fahrzeuge vereinen zahlreiche Komponenten mit sehr unterschiedlichen thermischen Anforderungen:
- Batterien benötigen ein enges Temperaturfenster. Hohe Temperaturen verkürzen die Lebensdauer, niedrige reduzieren Wirkungsgrad und Leistung; zudem ist die Temperaturdifferenz zwischen Zellen begrenzt.
- HVAC-Systeme stellen den Fahrkomfort sicher, arbeiten jedoch häufig auf anderen Temperaturniveaus als Batterie oder Leistungselektronik.
- E-Motoren und Leistungselektronik erzeugen sowohl im Fahr- als auch im Ladebetrieb kontinuierlich Wärme und benötigen einen zuverlässigen Überhitzungsschutz
- Brennstoffzellen erzeugen im Betrieb ebenfalls Wärme, die abgeführt werden muss.
Thermomanagement beschränkt sich dabei nicht auf das Kühlen einzelner Komponenten. Zusätzlich müssen Wärmequellen intelligent genutzt, Wärme erzeugt und gezielt verteilt werden. Dafür betrachten wir alle relevanten Strömungskanäle – Wasserkühlkreisläufe, Kältemittelkreisläufe sowie Luftströmungen und Konvektion – und integrieren je nach Anwendung Wärmepumpen, elektrische Zuheizer, Außenlufteinheiten oder thermische Speicher.
Diese verschiedenen Anforderungen führen wir in einem ganzheitlichen Thermomanagement zusammen.
Ganzheitliches Thermomanagement UNSER ANSATZ
Unser ganzheitliches Thermomanagement-Modell kann flexibel an unterschiedliche Fahrzeuge angepasst werden. Das patentierte System bindet jede Komponente entsprechend ihrem Leistungs- und Temperaturniveau in das System ein.
Eine zentrale Steuerelektronik koordiniert das Thermomanagement auf Basis modellbasierter Regelstrategien. Dabei werden Wärmebedarfe, Temperaturniveaus, Temperaturhomogenität und Regelgenauigkeit berücksichtigt, um Energie bedarfsgerecht zu verteilen und zusätzliche Komponenten wie Wärmepumpen oder elektrische Heizer gezielt einzubinden.
Modellbasierte Entwicklung MESSBARER MEHRWERT
Unsere Thermomanagement-Systeme lassen sich bereits in frühen Prototyp-Fahrzeugen integrieren. Während der Erprobung erfassen und analysieren wir Mess- und Modelldaten direkt
im Fahrzeug. Auf dieser Basis erstellen wir fundierte Kosten-Nutzen-Vergleiche und zeigen frühzeitig auf, welche Systemvernetzungen im späteren Serienfahrzeug sinnvoll sind.
Mit unseren Thermomanagement-Lösungen erreichen unsere Kunden:
• verlängerte Reichweite und Einsatzzeit
• effiziente Heiz-, Klima- und Komfortfunktionen
• erhöhte Lebensdauer von Batterie, Elektronik und Antrieb
• verbesserte Effizienz- und Emissionswerte
• Sonderfunktionen wie Vorkonditionierung oder Ladekühlung
Dabei behalten wir Kosten, Bauraum und technische Machbarkeit stets im Blick.
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Analyse
reale Lastfälle, Temperaturanforderungen
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Simulation
Wärme- & Energieströme
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Integration
Wärmepumpe, Heiz- & Kühlsysteme
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Optimierung
Reichweite, Effizienz, Bauteilschutz