Wärmerückgewinnungssystem verbessert Effizienz der Innenraumheizung von Elektrofahrzeugen

MAHLE arbeitet mit Elektrofahrzeugherstellern zusammen, um ein Wärmerückgewinnungssystem für den Fahrzeuginnenraum zu implementieren, das den heizungsbedingten Energieverbrauch batterieelektrischer Fahrzeuge insbesondere unter winterlichen Betriebsbedingungen reduziert. Ziel der Kooperation ist die Integration des HeatX-Range+-Systems in bestehende HVAC-Architekturen, um die thermische Effizienz zu verbessern, ohne Luftqualität oder Systemleistung zu beeinträchtigen.

Kontext der Zusammenarbeit
MAHLE entwickelt Thermo- und Fluidmanagementsysteme für Pkw- und Nutzfahrzeuge, während die Fahrzeughersteller für die Fahrzeugintegration, Validierung und Serienanwendung verantwortlich sind. In Elektrofahrzeugen kann die Innenraumheizung bei niedrigen Außentemperaturen die nutzbare Reichweite deutlich verringern, da die Wärmeenergie elektrisch bereitgestellt werden muss. Die Bewältigung dieser Herausforderung erfordert eine enge Abstimmung zwischen HVAC-Systemauslegung und fahrzeugseitigem Energiemanagement, wodurch eine Zusammenarbeit zwischen Systemlieferant und OEM notwendig wird.

Technische Lösung und Aufgabenverteilung
Das HeatX-Range+-System ist ein Wärmerückgewinnungskonzept, das in den Kältekreislauf der Fahrzeugklimatisierung integriert ist. MAHLE verantwortet Systemauslegung, HVAC-Komponentenentwicklung sowie die Integration auf Kältemittelseite. Die Fahrzeughersteller passen das System an ihre jeweiligen HVAC-Layouts, Regelstrategien und Bauraumbedingungen an.

Technisch nutzt das System den Klimaanlagenverdampfer zur Rückgewinnung von Wärmeenergie aus der Abluft des Fahrzeuginnenraums. Während die warme Abluft den Verdampfer passiert, überträgt sie Wärme auf das Kältemittel. Diese zurückgewonnene Energie wird anschließend auf die Frischluft übertragen, bevor diese in den Innenraum eintritt. Durch die Vorwärmung der Zuluft sinkt die elektrische Heizleistung, die zur Aufrechterhaltung der Innenraumtemperatur erforderlich ist.

Das System ist für das Kältemittel R1234yf ausgelegt und kann mit geringfügigen Anpassungen auf alternative Kältemittel umgestellt werden. Laut MAHLE hat das Layout keine negativen Auswirkungen auf Luftvolumenstrom oder akustisches Verhalten des HVAC-Systems.

Implementierung und Integration
Dank des modularen Aufbaus lässt sich das System ohne grundlegende Änderungen der HVAC-Architektur in bestehende Elektrofahrzeugplattformen integrieren. OEMs können das System während der Fahrzeugentwicklung oder bei Plattform-Updates einbinden und dabei standardisierte Schnittstellen innerhalb vorhandener Klimageräte nutzen. MAHLE unterstützt die Systemkalibrierung und -validierung, während die Hersteller die fahrzeugseitige Erprobung und Homologation durchführen.

Die Leistungsfähigkeit des Systems wurde an einem mittelgroßen Elektrofahrzeug bei einer Außentemperatur von −7 °C und einer Innenraum-Solltemperatur von 20 °C getestet.

Anwendungen und Einsatzszenarien
Das System richtet sich an batterieelektrische Pkw, die in kalten und gemäßigten Klimazonen betrieben werden. Zentrale Anwendungsfälle sind tägliche Pendelstrecken sowie Langstreckenfahrten im Winter, bei denen der Energiebedarf der Klimatisierung einen messbaren Einfluss auf die nutzbare Reichweite hat. Die kontinuierliche Frischluftzufuhr unterstützt zudem eine stabile Scheibenentfeuchtung und eine konstante Innenraumluftqualität.

Ergebnisse und erwartete Auswirkungen
Fahrzeugtests zeigen, dass HeatX Range+ den Energiebedarf der Klimatisierung im Vergleich zu konventionellen Abluftsystemen um rund 20 Prozent senken kann. Unter winterlichen Bedingungen entspricht dies einer Reichweitensteigerung von nahezu 10 Kilometern. Die Effizienzgewinne resultieren aus der Reduzierung der elektrischen Heizleistung und nicht aus Änderungen der Batteriekapazität und unterstützen somit Reichweitenverbesserungen durch systemseitiges Thermomanagement.

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