Kühlung für elektrische Fahr- zeuge mit erhöhter Reichweite

Von Dr. Simon Edwards, Behr GmbH & Co. KG, Stuttgart
Ein wichtiger Schritt hin zur vollständigen Elektrifizierung des Antriebsstranges ist das Fahrzeug mit erhöhter Reichweite („extended range electric vehicle“). In diesem Beitrag wird gezeigt, was die Unterschiede und Herausforderungen im Vergleich zur klassischen Motor- kühlung sind, welche Kompetenz aufgebaut und welche Komponenten und Systeme schon entwickelt worden sind.

(firmenpresse) - In einem klassischen Antriebsstrang treibt ein Verbrennungsmotor über ein Getrie- be die Räder an. In einem Mild-Hybrid, wie etwa dem S400 BlueHYBRID von Mercedes-Benz, für den Behr die Batte- riekühlung liefert, unterstützt ein parallel geschalteter Elektromotor den Verbren- nungsmotor. Der E-Motor ermöglicht die Start-Stopp-Funktionalität und wegen sei- nes zusätzlichen Drehmoments kann der Verbrennungsmotor entsprechend kleiner ausfallen. In einem Full-Hybrid erfolgt der Antrieb bei niedrigen Geschwindig- keiten und niedriger Last im Bedarfsfall ausschließlich elektrisch. Entlang dieser Entwicklungslinie wird die Batterie immer wichtiger und der Verbrennungsmotor im- mer kleiner. Somit werden auch die Auf- gaben für ein effizientes Energiemanage- ment im elektronischen Teil des Antriebs immer umfangreicher. Der nächste Schritt besteht nun darin, den Verbrennungsmotor vom Radantrieb zu trennen und diesen elektrisch zu betrei- ben. Wenn die dafür erforderliche Ener- giedichte verfügbar wäre, könnte auf den Verbrennungsmotor komplett verzichtet werden. Je nach Nutzungsprofil garantie- ren die aktuell fortschrittlichsten Batteri- en für ein Mittelklassefahrzeug aber nur Reichweiten von etwa 50 Kilometer: Zu wenig, um die Marktbedürfnisse zu erfül- len. Die Lösung ist ein kleiner Verbrennungs- motor als Antrieb für einen Generator, der die Batterie während der Fahrt lädt und so für den elektrischen Vortrieb sorgt. Damit wird die Reichweite des Fahrzeugs beträchtlich erhöht. Das bekannteste Bei- spiel einer solchen Hybrid-Architektur ist im Opel Ampera dargestellt. Sie hat eine Reichweite des elektrischen Antriebs von bis zu 65 Kilometer und kann mit Strom aus unterschiedlichen Quellen geladen werden. Beispielweise direkt über die Steckdose mit Strom aus dem Netz. Was unterscheidet das Kühlmodul eines Fahrzeugs mit erhöhter Reichweite vom Kühlmodul eines traditionellen Antriebs? Als Beispiel für ein typisches Kühlmodul eines aktuellen Mittelklassewagens ohne elektrifizierten Antriebsstrang dient das Kühlmodul des neuen Opel Insignia, das Behr komplett entwickelt hat und auch an Opel liefert. Da im Insignia die Mehrzahl der aktuellen Motoren turboaufgeladen und zudem die Klimaanlage Standard ist, besteht das Kühlmodul aus den folgenden Komponenten:



-einem großflächigen Kondensator für die Klimatisierung mit einer Leistung von 18 Kilowatt
-einer Lenkhilfe-Ölkühlerschleife, die 1,65 Kilowatt Wärme abführen kann
-einem Ladeluftkühler, der 40 Kilowatt an Wärmemenge abführen kann
-einem großflächigen Kühlmittelkühler mit einer Leistung von 150 Kilowatt
-einem im Wasserkasten eingebauten Getriebeölkühler, der 7 Kilowatt Wärme abführen kann
-einem Doppellüfter, der bis zu 2,2 Kilogramm Luft pro Sekunde bei 2 950 Umdrehungen pro Minute liefert.

Das Kühlmodul für ein Fahrzeug wie den Opel Ampera trifft auf ein gänzlich an- deres Umfeld. Der Verbrennungsmotor dient lediglich dazu, über einen Generator elektrische Energie nach Bedarf zur Verfügung zu stellen. Daher ist der Motor des Opel Ampera viel kleiner und einfacher als die Aggregate im Opel Insignia. Zum Serienstart wird wahrscheinlich ein nicht aufgeladener 1,4-Liter-Ottomotor mit vier Zylindern und 53 Kilowatt Leistung zum Einsatz kommen, der mit bis zu 85 Pro- zent Ethanolbeimischung betrieben wer- den kann. Da der Motor nicht mechanisch mit den Rädern verbunden ist, wird seine Drehzahl auf einen optimalen Bereich ein-
gestellt. Außerdem entfallen die Abgas- und Ladeluftkühlung. Dennoch ist die Kühlung komplizierter als gedacht. Das Kühlmodul eines solchen Fahrzeugs verfügt über vier anstatt nur drei Wärmeübertrager wie im Falle des Insignias:

-Vorne am Modul ist ein großflächiger Niedertemperatur-Batteriekühler, der die Temperaturen der Lithium-Ionen- Batterie bei etwa 30 Grad Celsius kon- stant hält.
-Danach kommt ein großflächiger Kon- densator mit genügend Leistung, um den thermischen Komfort für die Insassen zu sichern.
-An dritter Stelle ist ein Kühler für die Leistungselektronik des Hybridantriebs angebracht.
-Dann folgt ein Hochtemperatur-Kühl- mittelkühler, optimiert für den down- gesizten Ottomotor.
-Den Abschluss bilden ein doppelter, bürstenloser Lüfter und der abgedich- tete Rahmen des Kühlmoduls, damit die Luftströmung durch und um das Kühl- modul herum kontrolliert werden kann.

Diese zusätzliche Komplexität fordert das Kühlungs-Know-how bei OEM und Liefe- ranten gleichermaßen. Ein Systemlieferant wie Behr ist geradezu prädestiniert, den OEM bei dieser anspruchsvollen Aufgabe zu unterstützen und ein optimales Küh- lungssystem für ein Fahrzeug mit erhöhter Reichweite zu entwickeln.Weitere Infos zu dieser Pressemeldung:
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Datum: 17.09.2009 - 17:17 Uhr
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