Weniger Verbrauch, mehr Komfort: Effizientes Heiz

Weniger Verbrauch, mehr Komfort: Effizientes Heiz/Kühlsystem für Elektrofahrzeuge
Prima Klima im Auto: Wie wird die Klimaanlage zukunftsfähig?
13. Dezember 2011 in Berlin
Kampagne von: "Deutsche Umwelthilfe" und "Verkehrsclub Deutschland"
Referent: Dr.-Ing. Jan Hinrichs
Thermomanagement von Elektrofahrzeugen –
Einsatz einer R744 Wärmepumpe
Einführung & Motivation
Versuchsaufbau
Meßergebnisse
Industrialisierungskonzept, Zusammenfassung
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Company Overview
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
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Locations
Germany
Plant: Hückeswagen
Assembly: Vacuum and
Transmission Pumps
Germany
Headquarter: Bad Homburg
R&D, Administration.
Production: Chassis and
Transmission Pumps
Bulgaria
Plant: Plovdiv
Production: Steering
and Vacuum Pumps
Korea
Cooperation Seoul
Japan
Representative
Yokohama
China
Plant Shanghai
Assembly Vacuum Pumps
USA
Brunswick: Sales and Plant
Werk Shanghai 1
India
JV ixetic DSI
Plant: Bangalore
Assembly Vacuum Pumps
Brazil
Porto Alegre
Partnership DHB
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Product Portfolio
Power-steering pumps
Vacuum pumps
Chassis pumps
Transmission components
Tandem pumps
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Customer 2010
Sonstige
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Motivation
+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
ref.: auto motor – sport 1/2011
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Thermomanagement von Elektrofahrzeugen –
Einsatz einer R744 (CO2) Wärmepumpe
Einführung & Motivation
Versuchsaufbau
Meßergebnisse
Industrialisierungskonzept, Zusammenfassung
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ixetic Testfahrzeug Mitsubishi i MiEV
Serienfahrzeug mit werkseitig verbauter PTC - Kühlmittel – Heizung
Zusätzlich verbautes Wärmepumpensystem auf Basis von ixetic Heiz/Kühl-Modul
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Funktionsweise eines Heiz / Kühl - Moduls
Expansionsventil
Wärmequellen
Fahrzeugantrieb
Wärmesenke
(Gaskühler)
Umgebung
Batterie
Fahrgastzelle
Wärmesenken
Air
Wärmequelle
(Verdampfer)
Fahrgastzelle
Batterie
Kompressor
Verdichter
Akkumulator
Systemgrenze ixetic
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Umgebung
Thermomanagement von Elektrofahrzeugen –
Einsatz einer R744 (CO2) Wärmepumpe
Einführung & Motivation
Versuchsaufbau
Meßergebnisse
Industrialisierungskonzept, Zusammenfassung
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Testergebnisse aus TÜV SÜD Electric Car Cycle / -7°C,
Versuchsfahrzeug iMiEV
Gesamtenergieverbrauch PTC / Wärmepumpe
Fahrmotor
vehicle speed km/h
Energy Consumption kWh
PTC Heizung, Referenz
(durchschnitt. Heizleistung 3315W)
ixetic Wärmepumpe
(durchschnitt. Heizleistung 3392W)
1.9kWh
verfügbare Energie
durch
ixetic Wärmepumpe
Heat Pump COP 2.3
COP 2.5
COP 3.1
Batteriekapazität iMiev 16kWh
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Wärmequelle: Umgebung im TSECC / -7°C
3
COP 2,3
Wärme [kW]
2
COP 3,1
COP 2,5
aus der Umgebung
entnommene Wä
Wärme
1
0,56 kWh
0
-1
-2
-3
-4
-5
-6
Umgebungstemperatur
Temperatur [°C]
-7
-8
-9
Temperatur Kühlwasser
nach Wärmequelle
-10
-11
-12
Temperatur Kühlwasser
vor Wärmequelle
-13
-14
-15
400
Q Aussen-WT [kW]
800
1200
Wassertemp. Aus [ °C]
1600
2000
Wassertemp.
Zeit [s] Ein [ °C]
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2400
2800
3200
3600
s
Wärmequelle: Fahrantrieb im TSECC / -7°C
Wärme [kW]
3
COP 3,1
COP 2,3
2
aus dem Antrieb
entnommene Wä
Wärme
1
COP 2,5
0
1,64 kWh
-1
-2
Temperatur [°C]
-3
Temperatur Kühlwasser
nach Wärmequelle
-4
-5
-6
Umgebungstemperatur
-7
-8
-9
Temperatur Kühlwasser
vor Wärmequelle
-10
-11
-12
-13
-14
-15
400
800
1200
1600
2000
2400
2800
3200
3600
s
Zeit [s]
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Kühlwassertemperaturen im TSECC / -7°C
Druck
Verdampfungstemperatur
Sättigungsdruck
übervs.
Verdampfungstemperatur
R744
R134a
50,0
45,0
Wärmequelle
Umgebung
40,0
Wärmequelle
Motor
Druck
bar
Druck
[bar]
35,0
30,0
25,0
20,0
15,0
Kühlwassertemperatur
ohne Wärmeentnahme
10,0
5,0
atm. Druck
0,0
-40
-35
-30
-25
-20
-15
-10
Verdampfungstemperatur
WärmequellenTemperatur [°° C]°C
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-5
0
5
10
Thermomanagement von Elektrofahrzeugen –
Einsatz einer R744 (CO2) Wärmepumpe
Einführung & Motivation
Versuchsaufbau
Meßergebnisse
Industrialisierungskonzept, Zusammenfassung
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Industrialisierungsstudie
Generation 2 Funktionsmuster
Generation 3 Industrialisierungsstudie
• Zusammenfü
Zusammenführung von Bauteilen mit ähnlicher Temperatur
heiß
heiße Seite / kalte Seite
• Gewichtsoptimierte Ausfü
Ausführung der Wä
Wärmetauscher
Gegenstrom in runden Querschnitten
Maximale Materialausnutzung
• Reduzierung der Verbindungstechnik
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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/Austausches einer fertig montierten, geprüften und
servicefreien Einheit
• Flash Fogging: Möglichkeit getrennter Kühlmittel - Wärmetauscher zum Kühlen und Heizen
• Kältemittelleckagen: keine Wellendichtung, keine flexiblen Leitungen, integrativer Aufbau, bei
großen Stückzahlen hermetisch ausführbar
• Weitere Potenziale durch Integration von Bauteilen
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Precision to move
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit…
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