Gutes Klima - Mit Kälte und Wärme

Da der Verbrennungsmotor eines Automobils gekühlt werden muss, gab es die Abwärme jahrzehntelang quasi umsonst. Im Winter wurde diese Energie für die Heizung des Innenraums genutzt. War es im Sommer zu heiß, musste das Interieur mit Klimaanlagen gekühlt werden. Doch mit energieeffizienten Dieselmotoren, wegen schärferer Emissionsgesetze in der Kaltstartphase und durch die neue Welle der Elektroautos gerät dieses tradierte Vorgehen allmählich ins Wanken. Der Verbrennungsmotor liefert nicht mehr genug Abwärme, und beim E-Fahrzeug nimmt man den Strom nicht zum Heizen und Kühlen, sondern lieber zum Fahren.

Die ATZ spannt in ihrem Titelthema zum Thermomanagement den Bogen von neu artigen Adsorptionsklimaanlagen über innovative Heizsysteme für die Passagiere und thermoelektrische Generatoren bis hin zu Kühlkonzepten für Lithium-Ionen-Batterien. Denn es gilt, mit Energie sparsam umzugehen.

Mit der Adsorptionstechnik kann im Fahrzeug die Abwärme des Verbrennungsmotors zur Kälteerzeugung für den Innenraum genutzt werden. Kühlwasser oder Abgas haben dazu genug Energieinhalt. Bei Hybrid- oder Elektroautos würde die Abwärme der elektrischen Maschine den Kühlgrundbedarf abdecken können. Der herkömmliche Energiemehrverbrauch zur Klimatisierung wird mit dieser Technik gesenkt und die Betriebsweise im Stand ermöglicht. Die Forschungsgesellschaft Kraftfahrwesen mbH Aachen (FKA) entwickelt Adsorptions-Kälteanlagen, wie sie gerade für Hybridfahrzeuge und Elektroautos interessant werden können. Als Stoffpaare für Adsorbens/Kältemittel kommen Ammoniak/Aktivkohle, Zeolith/Wasser und Kieselerde/Wasser zur Anwendung.

Neben dem Kühlen muss im Fahrzeug auch Wärme zur Verfügung stehen. Die Elektrifizierung des Antriebsstrangs erzwingt eine Entkopplung der Beheizung des Innenraums von der Abwärme des Verbrennungsmotors. Eberspächer stellt den Stand der Technik bei den zwei Heizsystemen dar. Dies ist zum einen ein elektrisches und zum anderen ein brennstoffbetriebenes System. Es werden Konzepte für Personenwagen mit konventionellem, Hybrid- und Elektroantrieb präsentiert.

Dass ein Motor mehr Abwärme produziert als für das Heizen des Innenraums benötigt wird, ärgert die Automobilkonstrukteure seit jeher. Wie man die überschüssige Wärme produktiv nutzen kann und sie im Motorraum hält, diskutiert die ATZ mit Dr. Johannes Liebl, der bei BMW für die Energieeffizienz verantwortlich ist. Er stellt die Vorteile des thermoelektrischen Generators im AGR-Kühler heraus, der 2013 in Serie gehen soll.

Mit der Lithium-Ionen-Batterie ist eine weitere Komponente in das Fahrzeug gekommen, die spezielle Anforderungen an das Thermomanagement stellt. Aufgrund der Vielzahl von Zell und Batterietypen sowie der speziellen Betriebsstrategie der verschiedenen Automobilhersteller - Daimler kühlt mit Kühlmittel, Toyota setzt auf Luftkühlung - kommen ganz unterschiedliche Kühlmethoden zum Einsatz. Behr bietet für alle Fahrzeugtypen und Betriebsstrategien abgestimmte Konzepte zur Batteriekühlung an.

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