Langstreckentauglichkeit: Mehr als nur Batteriegröße
Bei der Langstreckentauglichkeit von Elektroautos zählt nicht nur die Größe der Batterie, sondern auch die Ladegeschwindigkeit. Diese ist jedoch stark temperaturabhängig. Elektroauto-Batterien reagieren empfindlich auf hohe Temperaturen und benötigen daher ein effizientes Thermomanagement, um auch bei sommerlicher Hitze im optimalen Temperaturbereich zu bleiben.
Bedeutung der Thermomanagements
Ein leistungsfähiges Thermomanagement ist unerlässlich, um die Batterien im Sommer vor Überhitzung zu schützen.
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Hersteller und Zulieferer arbeiten kontinuierlich daran, die Potenziale dieser Systeme voll auszuschöpfen. Ziel ist es, die Ladezeiten zukünftig weiter zu verkürzen und die Effizienz der Fahrzeuge zu steigern.
Optimale Temperaturbereiche für Batterien
Lithiumbatterien funktionieren am besten in einem Temperaturbereich von 10 bis 35 Grad Celsius. Temperaturen über 45 Grad Celsius können zum Ausfall der Batteriezellen führen. Um die volle Leistungsfähigkeit zu gewährleisten, müssen diese Temperaturbereiche strikt eingehalten werden. Dies garantiert eine schnelle Stromaufnahme und verhindert eine vorzeitige Alterung der Batterie.
Probleme durch Hitze und hohe Ladeleistungen
Neben hohen Außentemperaturen stellen auch steigende Ladeleistungen eine Herausforderung dar. Wird Energie mit hoher Geschwindigkeit in die Batterie eingespeist, entsteht Wärme.
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Das Thermomanagement-System sorgt dafür, dass die Batterie nicht überhitzt. Abhängig von Fahrbetrieb und Außentemperatur kühlt oder erwärmt es die Batteriezellen. Diese Systeme sind so ausgelegt, dass sie bei bevorstehenden Ladestopps das Klima innerhalb der Batterie optimal regulieren können.
Vorkonditionierung der Batterie
Einige moderne Elektrofahrzeuge nutzen die Vorkonditionierung, um die Batterie auf die bevorstehende Schnellladung vorzubereiten. Dabei wird das interne Klima so geregelt, dass die Batterie an der Ladesäule die maximale Ladeleistung aufnehmen kann.
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Frühe Elektroautos, die noch keine aktive Kühlung zur Klimatisierung des Batteriepakets hatten, konnten sich insbesondere auf langen Strecken nicht ausreichend abkühlen. Dies führte zu drastisch reduzierten Ladegeschwindigkeiten, um die Batterie vor Schäden zu schützen.
Das Phänomen “Rapidgate”
Dieses Problem ist unter dem Begriff „Rapidgate“ bekannt geworden, insbesondere bei frühen Modellen des Nissan Leaf. In heißen und stauanfälligen Regionen der USA litt das Image dieser Fahrzeuge erheblich, da die überhitzten Batterien nur sehr langsam aufgeladen werden konnten. Die Standzeit an der Ladesäule verdoppelte sich in vielen Fällen, was die Alltagstauglichkeit stark beeinträchtigte.
Verbesserte Schnellladevorgänge durch immersive Kühlung
Erste Tests von Valeo zeigen, dass das immersive Kühlsystem die Schnellladevorgänge um bis zu 30 Prozent verkürzen kann. Ein Standard-Akku kann demnach innerhalb von 12 Minuten von 10 auf 80 Prozent geladen werden, während dieser Vorgang mit herkömmlichen Thermomanagementsystemen etwa 18 Minuten dauert.
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Bei gleicher hydraulischer Pumpleistung kühlt das System um 36 Prozent effektiver als Systeme mit herkömmlichen Kühlplatten.
Vorteile der immersiven Kühlung
Die immersive Kühlung bietet mehrere Vorteile. Neben dem schnelleren Ladezeit trägt sie auch zur längeren Lebensdauer der Batterie bei, da die gleichmäßige Kühlung die Zellen vor Überhitzung schützt. Durch die kontinuierliche Abfuhr der entstehenden Wärme kann die Batterie ihre optimale Leistungsfähigkeit behalten, was wiederum die Effizienz des Fahrzeugs steigert.
Kleinere Eingriffe zur Effizienzsteigerung
Auch weniger grundlegende Änderungen können die Effizienz von Thermomanagementsystemen verbessern. Der Stuttgarter Zulieferer Mahle arbeitet an kompakten Konstruktionen, die die Kosten und die Komplexität des Kühlsystems senken und gleichzeitig die Effizienz erhöhen.
Komponenten wie Wärmetauscher, Kühlmittelpumpen, Kondensatoren, Chiller, Sensorik und Ventile werden in einer einzigen Einheit zusammengefasst. Dies spart Kosten und erhöht die Effizienz um bis zu 20 Prozent gegenüber einer reinen E-Heizer-Architektur.
Intelligente Thermomanagemente und ihre Vorteile
Moderne Thermomanagementsysteme werden immer intelligenter und umfassender. Eine innovative Anwendung besteht darin, die aus der Batterie abgeführte Wärme an anderer Stelle im Fahrzeug zu nutzen. Im Winter kann diese Wärme beispielsweise zur Beheizung des Innenraums verwendet werden, häufig in Kombination mit einer Wärmepumpe. Dies reduziert den Stromverbrauch erheblich, da die Wärmepumpe nur wenig zusätzliche Energie benötigt, um den Innenraum auf eine angenehme Temperatur zu bringen.
Integrierte Klimatisierungssysteme
Während die Klimatisierung von Antrieb und Innenraum bei Verbrennungsfahrzeugen noch klar getrennt war, werden diese Systeme bei Elektrofahrzeugen zunehmend integriert. Diese Integration ermöglicht effizientere und kostengünstigere Lösungen.
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Durch die Nutzung aller verfügbaren Wärmequellen im und außerhalb des Fahrzeugs kann das Thermomanagementsystem die Batterieleistung optimieren und gleichzeitig den Fahrkomfort erhöhen.
Optimierungspotenziale bei Flüssigkühlungssystemen
Trotz der Fortschritte bei der Flüssigkühlung gibt es noch erhebliche Optimierungspotenziale. Zulieferer arbeiten kontinuierlich daran, die Leistung dieser Systeme zu verbessern. Durch die Weiterentwicklung von Technologien wie der immersiven Kühlung können Ladezeiten weiter verkürzt und die Lebensdauer der Batterien verlängert werden. Solche Innovationen sind entscheidend, um die Alltagstauglichkeit von Elektrofahrzeugen weiter zu steigern und die Akzeptanz bei den Verbrauchern zu erhöhen.
