Elektroauto: Zulieferer Mahle verfeinert Kühlkonzept für Traktionsbatterien
Mahle – seit Jahrzehnten eine Größe der deutschen Zulieferindustrie – präsentiert ein Kühlsystem für Lithium-Batterien mit einer Reihe zusätzlicher Vorteile.
Bei Elektroautos sind die größten Effizienzgewinne gegenwärtig im Bereich der Stromspeicher möglich. Das betrifft sowohl die Reichweite durch die Steigerung der Speicherkapazität als auch die Verkürzung der Ladezeit durch perfektionierte Temperierung. Auch diese unterliegt physikalischen Gesetzmäßigkeiten und wird daher mit dem Blick auf den Gesamtwirkungsgrad immer weiter entwickelt. Vom Zulieferer Mahle verfeinerte Wärmetauscher sollen dazu beitragen. Präsentiert werden sie erstmals auf der IAA Mobility vom 5. bis 10. September in München.
Modernes E-Auto ohne aktiven Wärmehaushalt undenkbar
Eine Erwärmung entsteht bei hohem Strom durch den Innenwiderstand der Zellen sowohl beim schnellen Entladen – etwa durch eine dynamische Passfahrt mit voller Beladung – als auch beim Schnellladen an leistungsstarken Gleichstrom-Ladepunkten. Wird es zu warm in der Batterie, muss aktiv gekühlt werden, damit Leistung und Lebensdauer nicht leiden. Die zurzeit gängigste Akkubauform arbeitet mit Lithium als aktivem Material.
Batterien aus solchen Akkus sind ausgesprochen temperaturempfindlich. 40 Grad Celsius gilt als maximale Zelltemperatur. Zu kühl soll es den Zellen in der Batterie aber auch nicht werden, sonst muss die Stromaufnahme und damit die Ladegeschwindigkeit gedrosselt werden. Das kann eine aktive Vorkonditionierung verhindern, welche die Batterie passend wärmt. Möglich wird das mithilfe entsprechend temperierter Flüssigkeit, die durch Wärmetauscher innerhalb (und außerhalb) der Batterie zirkuliert. Ist das Auto vorher gefahren, kann dazu die Abwärme des Antriebs genutzt werden.
Modifizierter Wärmetauscher steigert Wirkungsgrad
Die Wärmetauscher liegen innerhalb der Batterien in den nötigen Abständen, um einen Temperaturaustausch mit einer gleichmäßigen Verteilung über alle Zellen zu erreichen. Sie haben eine möglichst große gemeinsame Oberfläche mit den Akkus, um einen bestmöglichen Wärmeübergang zu erreichen, daher sind sie möglichst flach. Im Falle eines Kühlvorgangs beispielsweise wird das in der Batterie erwärmte Kühlmittel durch einen Flüssigkeits-Luft-Wärmetauscher außerhalb der Batterie gepumpt, wo die Abwärme dann an die Atmosphäre abgegeben wird. Die abgekühlte Flüssigkeit durchströmt dann erneut den Wärmetauscher in der Batterie.
(Bild: Mahle)
Mahle – seit Jahrzehnten nicht nur als Kolben-Lieferant eine Größe der deutschen Autoindustrie – entwickelt bereits seit über einem Jahrzehnt Temperierungssysteme für Lithium-Batterien. Jetzt ist er mit einer verbesserten Version des Plattenwärmetauschers am Start.
Gewundene Kanäle sparen Energie
In den neuen Wärmetauschern verlaufen die Flüssigkeitskanäle nun nicht mehr gerade, sondern gewunden. Mahles Beispiel für deren Form ist die einer Koralle. Damit kann die Flüssigkeit auf kürzerer Strecke mehr Wärme aufnehmen (oder abgeben), die thermodynamische Leistungsfähigkeit steigt. Dank der größeren Wärmekapazität verbessert sich bei geringen Temperaturunterschieden zwischen Akkus und Kühlmittel die Wärmeübertragung. Damit wächst die Leistung um 10, der Druckverlust – offenbar aufgrund der verbesserten Hydrodynamik – schrumpft um 20 Prozent. Weil die Umlaufgeschwindigkeit der Flüssigkeit bedarfsgerecht geregelt ist, wird sowohl bei Teil- als auch bei Volllast weniger elektrische Energie aus dem Akku für die Pumpe benötigt. Damit steigt wiederum die mögliche Reichweite des Elektroautos.
Mehr Leistung, weniger Verschleiß
Eine besser temperierte Batterie kann schneller geladen werden und bedarfsweise auch mehr Strom abgeben. Ein weiterer Effizienzfaktor ergibt sich dadurch, dass die Temperaturspanne um 50 Prozent reduziert und dabei vor allem die berüchtigten Hitzenester vermieden werden können. Die Batterie – immerhin das weitaus teuerste Einzelbauteil eines Elektroautos – dankt es mit gesteigerter Leistungsfähigkeit und verlängerter Lebensdauer.
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(fpi)