Während die Transportbranche von Verbrennungsmotoren (ICE) auf Elektrofahrzeuge (EV) umsteigt, konzentrieren sich Erstausrüster (OEMs) von Nutz- und Spezialfahrzeugen darauf, ihre Plattformen für Elektrofahrzeuge auf den Markt zu bringen. Diese OEMs stehen nicht nur vor marginalen technischen Entscheidungen, sondern auch vor geradezu revolutionären Entscheidungen. Ein besonderer Bereich der Herausforderung bestand darin, die thermischen Lasten in Elektrofahrzeugen effizient zu verwalten. Das Wärmemanagement ist vielleicht eine der am wenigsten sichtbaren Innovationen, aber es ist die modernste Innovation im Elektromobilitätstransport, da es die Langlebigkeit, Leistung und Sicherheit von Elektrofahrzeugen bestimmt.
Ob bei Verbrennungsmotoren oder Elektrofahrzeugen – die Funktion des Wärmemanagementsystems in diesen Nutzfahrzeugen besteht darin, die Antriebsstrangkomponenten in ihren gewünschten Temperaturbereichen zu halten. Wenn eine Komponente dauerhaft außerhalb dieser Bereiche betrieben wird, kann dies die Lebensdauer der Komponente beeinträchtigen oder in schweren Fällen zu dauerhaften Schäden führen. Daher sind sowohl EV- als auch ICE-Systeme bei kalten Temperaturen und heißen Umgebungen weniger effizient. Bei kaltem Wetter würde ein gut konzipiertes Wärmemanagementsystem ein schnelles und effizientes Aufwärmen des Systems ermöglichen, um diese Komponenten auf ihren idealen Temperaturbereich zu bringen. Bei warmem Wetter hingegen müssen diese Systeme in ihrem idealen Temperaturbereich gehalten werden, indem die überschüssige Wärmelast an die Umgebung abgegeben wird, um Schäden an diesen Komponenten zu verhindern.
Was die Unterschiede im Wärmemanagement zwischen dem Verbrennungsmotor und dem Elektrofahrzeug betrifft, ist die Wärmequelle der offensichtlichste. In einem Elektrofahrzeug entsteht die primäre Wärmelast aus zwei Hauptbereichen – dem Batteriepaket (sowohl die Lade- als auch die Entladezyklen) und der Leistungselektronik (Antriebsmotoren, Wechselrichter, Wandler, Bordladegeräte usw.). Während bei einem Fahrzeug mit Verbrennungsmotor die primäre Wärmelast vom Verbrennungsprozess stammt und die meisten Verbrennungsmotoren im Temperaturbereich von 85 °C bis 215 °C am effizientesten arbeiten. Bei Elektrofahrzeugen ist die meiste Leistungselektronik für den Betrieb bei höheren Temperaturen von 30 °C bis 145 °C ausgelegt. Die ideale Temperatur für die meisten Lithium-Ionen-Akkus liegt jedoch bei 25 °C bis 35 °C, was viel niedriger und enger ist. Dies führt letztendlich zu einem Bedarf an einem ausgefeilteren Wärmemanagementsystem für die Batteriepacks. Das Wärmemanagement könnte einen aktiven Kreislauf (ein zweiphasiges Kühlsystem für die Kühlung unterhalb der Umgebungstemperatur), einen Heizkreislauf für kalte Wetterbedingungen und einen passiven Kreislauf (einphasige Kühlung) für den Fall umfassen, dass die Umgebungstemperatur niedriger als die Temperatur des Batteriepacks ist. Das Wärmemanagementsystem der Leistungselektronik hingegen erfordert lediglich eine passive Kühlung, bei der Umgebungsluft zur Kühlung der Komponenten genutzt wird.
Das Wärmemanagementsystem des Elektrofahrzeugs kann durch die Kombination dieser Kreisläufe, soweit möglich, komplexer werden, um die thermischen Belastungen effizient zu verwalten und den Platzbeschränkungen eines Nutzfahrzeugs gerecht zu werden. Beispiele hierfür sind der Einsatz eines Kühlsystems im Wärmepumpenmodus, die Nutzung der Abwärme der Fahrmotoren und der Leistungselektronik oder eine Kombination dieser Strategien, bei denen mehrere Pumpen und Ventile erforderlich sind, sowie komplexe Steuerungen zur Führung des Kühlmittels und zur Optimierung der Pumpengeschwindigkeiten. Im Gegensatz dazu ist das Wärmemanagementsystem für ein herkömmliches Fahrzeug mit Verbrennungsmotor viel einfacher – es verwendet einen einzigen Kühlmittelkreislauf, der einen Wärmetauscher umfasst, der mit Umluft luftgekühlt wird.
Innovationen bei der effizienten Temperaturregelung von Elektrofahrzeugkomponenten stehen an der Spitze, um elektrifizierte Nutzfahrzeugflotten rentabel zu machen. Die Entwicklung eines Wärmemanagementsystems zur effizienten Bewältigung der Wärmelasten und eines Systems, das den Platzbeschränkungen eines Nutzfahrzeugs gerecht wird und gleichzeitig die anspruchsvolle Betriebsumgebung zuverlässig erfüllt, erfordert spezielles Fachwissen im Wärmemanagement. Modine EVantage™ Battery Thermal Management System (BTMS), Electronics Cooling Package (ECP) nutzt mehr als hundert Jahre Erfahrung im Wärmemanagement und kombiniert modernste, proprietäre Modine-Wärmetauschertechnologie mit maßgeschneiderten, intelligenten elektrischen Produkten (Pumpen, Ventile, Lüfter, Kompressoren, Heizungen), um eine Komplettlösung zu liefern, die für jedes Gehäuse geeignet ist. Mit dem mitgelieferten Master-Wärmeregler und der von Modine entwickelten Firmware liefern unsere kompletten Wärmesysteme nachweislich maximale Leistung bei geringstem Stromverbrauch.
