Weniger Verbrauch, mehr Komfort: Effizientes Heiz-/Kühlsystem für Elektrofahrzeuge

Prima Klima im Auto: Wie wird die Klimaanlage zukunftsfähig?13. Dezember 2011 in BerlinKampagne von: "Deutsche Umwelthilfe" und "Verkehrsclub Deutschland"

Referent: Dr.-Ing. Jan Hinrichs

© ixetic

Einführung & Motivation

Versuchsaufbau

Meßergebnisse

Industrialisierungskonzept, Zusammenfassung

Thermomanagement von Elektrofahrzeugen –Einsatz einer R744 Wärmepumpe

© ixetic

Foundation: 2006 (former Schaeffler Group)

Sales 2010: 274 Mio. Euro

Employees: 1,400

Plants: 2 in Germany, 1 in Bulgaria, 1 in USA, 1 in China,1 in India (JV with DSI)

Owners: Cognetas and Management

Company Overview

© ixetic

Germany Plant: HückeswagenAssembly: Vacuum andTransmission Pumps

GermanyHeadquarter: Bad HomburgR&D, Administration. Production: Chassis andTransmission Pumps

BulgariaPlant: PlovdivProduction: Steering and Vacuum Pumps

BrazilPorto AlegrePartnership DHB

USABrunswick: Sales and Plant

IndiaJV ixetic DSIPlant: BangaloreAssembly Vacuum Pumps

ChinaPlant ShanghaiAssembly Vacuum Pumps

JapanRepresentative Yokohama

KoreaCooperation Seoul

Werk Shanghai 1

Locations

© ixetic

� Power-steering pumps

� Vacuum pumps

� Chassis pumps

� Transmission components

� Tandem pumps

Product Portfolio

© ixetic

Customer 2010

SonstigeSonstigeSonstigeSonstige

© ixetic

Motivation

ref.: auto motor – sport 1/2011

+30°C (TSECC)-7°C (TSECC)

Reichweite Werksangabe: 144 km

EU-Cycle/23°C: 133 km

TSECC/ 23°C: 113 km

TSECC/ -7°C: 64 km

TSECC/ 30°C: 100 km

© ixetic

Einführung & Motivation

Versuchsaufbau

Meßergebnisse

Industrialisierungskonzept, Zusammenfassung

Thermomanagement von Elektrofahrzeugen –Einsatz einer R744 (CO2) Wärmepumpe

© ixetic

ixetic Testfahrzeug Mitsubishi i MiEV

Serienfahrzeug mit werkseitig verbauter PTC - Kühlmittel – Heizung

Zusätzlich verbautes Wärmepumpensystem auf Basis von ixetic Heiz/Kühl-Modul

© ixetic

Funktionsweise eines Heiz / Kühl - Moduls

Verdichter

Akkumulator

Air

Expansions-ventil

Wärmesenke(Gaskühler)

Wärmequelle(Verdampfer)

Wärmesenken

� Umgebung

� Fahrgastzelle

� Batterie

Wärmequellen

� Fahrzeugantrieb

� Umgebung

� Batterie

� Fahrgastzelle

� Kompressor

Systemgrenze ixetic

© ixetic

Einführung & Motivation

Versuchsaufbau

Meßergebnisse

Industrialisierungskonzept, Zusammenfassung

Thermomanagement von Elektrofahrzeugen –Einsatz einer R744 (CO2) Wärmepumpe

© ixetic

1.9kWh

verfügbare Energie

durch

ixetic Wärmepumpe

Fahrmotor

PTC Heizung, Referenz

(durchschnitt. Heizleistung 3315W)

ixetic Wärmepumpe(durchschnitt. Heizleistung 3392W)

Gesamtenergieverbrauch PTC / Wärmepumpe

vehi

cle

spee

d km

/h

Ene

rgy

Con

sum

ptio

n kW

hHeat Pump COP 2.3 COP 2.5 COP 3.1

Testergebnisse aus TÜV SÜD Electric Car Cycle / -7°C,Versuchsfahrzeug iMiEV

Batteriekapazität iMiev 16kWh

© ixetic

s

400 800 1200 1600 2000 2400 2800 3200 3600

3

2

1

0

-1

-2

-3

-4

-5

-6

-7

-8

-9

-10

-11

-12

-13

-14

-15

Q Aussen-WT [kW] Wassertemp. Aus [ °C] Wassertemp. Ein [ °C]

Umgebungstemperatur

Temperatur [°C

] W

ärm

e [k

W]

Zeit [s]

Wärmequelle: Umgebung im TSECC / -7°C

aus der Umgebung aus der Umgebung aus der Umgebung aus der Umgebung entnommene Wentnommene Wentnommene Wentnommene Wäääärmermermerme

Temperatur Kühlwasservor Wärmequelle

Temperatur Kühlwasser nach Wärmequelle

0,56 kWh0,56 kWh0,56 kWh0,56 kWh

COP 2,3 COP 2,5 COP 3,1

© ixetic

s

400 800 1200 1600 2000 2400 2800 3200 3600

3

2

1

0

-1

-2

-3

-4

-5

-6

-7

-8

-9

-10

-11

-12

-13

-14

-15

Temperatur [°C

] Wärm

e [kW]

Zeit [s]

Umgebungstemperatur

Wärmequelle: Fahrantrieb im TSECC / -7°C

Temperatur Kühlwasservor Wärmequelle

Temperatur Kühlwassernach Wärmequelle

1,64 kWh1,64 kWh1,64 kWh1,64 kWh

aus dem Antrieb aus dem Antrieb aus dem Antrieb aus dem Antrieb entnommene Wentnommene Wentnommene Wentnommene Wäääärmermermerme

COP 2,3

COP 2,5

COP 3,1

© ixetic

Druck vs. Verdampfungstemperatur

0,0

5,0

10,0

15,0

20,0

25,0

30,0

35,0

40,0

45,0

50,0

-40 -35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0 5 10

Verdampfungstemperatur °C

Dru

ck b

ar

R744 R134aSättigungsdruck über Verdampfungstemperatur

Dru

ck [

bar]

Wärmequellen- Temperatur [ °°°°C]

Kühlwassertemperaturen im TSECC / -7°C

atm. Druck

Wärme-quelle

Umgebung

Wärme-quelleMotor

Kühlwassertemperaturohne Wärmeentnahme

© ixetic

Einführung & Motivation

Versuchsaufbau

Meßergebnisse

Industrialisierungskonzept, Zusammenfassung

Thermomanagement von Elektrofahrzeugen –Einsatz einer R744 (CO2) Wärmepumpe

© ixetic

Industrialisierungsstudie

Generation 2 FunktionsmusterGeneration 2 FunktionsmusterGeneration 2 FunktionsmusterGeneration 2 Funktionsmuster Generation 3 IndustrialisierungsstudieGeneration 3 IndustrialisierungsstudieGeneration 3 IndustrialisierungsstudieGeneration 3 Industrialisierungsstudie

• ZusammenfZusammenfZusammenfZusammenfüüüührung von Bauteilen mit hrung von Bauteilen mit hrung von Bauteilen mit hrung von Bauteilen mit äääähnlicher Temperaturhnlicher Temperaturhnlicher Temperaturhnlicher Temperatur

���� heiheiheiheißßßße Seite / kalte Seitee Seite / kalte Seitee Seite / kalte Seitee Seite / kalte Seite

• Gewichtsoptimierte AusfGewichtsoptimierte AusfGewichtsoptimierte AusfGewichtsoptimierte Ausfüüüührung der Whrung der Whrung der Whrung der Wäääärmetauscherrmetauscherrmetauscherrmetauscher

� Gegenstrom in runden QuerschnittenGegenstrom in runden QuerschnittenGegenstrom in runden QuerschnittenGegenstrom in runden Querschnitten

� Maximale MaterialausnutzungMaximale MaterialausnutzungMaximale MaterialausnutzungMaximale Materialausnutzung

• Reduzierung der VerbindungstechnikReduzierung der VerbindungstechnikReduzierung der VerbindungstechnikReduzierung der Verbindungstechnik

© ixetic

Heiz/Kühl- Modul: FAQ's

• Vereisung: Front- End- Wärmetauscher als Wärmequelle nicht immer erforderlich

• Architektur: Hochvolt PTC nicht erforderlich

• R744 - Innenraumkonzentration: Kältemittelführende Bauteile befinden sich nicht im Fahrgastraum

• Montage/Service: Möglichkeit des Einbaus/Austausch es einer fertig montierten, geprüften und

servicefreien Einheit

• Flash Fogging: Möglichkeit getrennter Kühlmittel - Wärmetauscher zum Kühlen und Heizen

• Kältemittelleckagen: keine Wellendichtung, keine f lexiblen Leitungen, integrativer Aufbau, bei

großen Stückzahlen hermetisch ausführbar

• Weitere Potenziale durch Integration von Bauteilen

����

����

����

����

����

����

����

© ixetic

Precision to moveVielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit…