Loop Heat Pipe-Systeme als passives Thermomanagement in elektrifizierten Fahrzeugen (itsowl-Heatpipe)

Problemstellung
Elektrofahrzeuge gewährleisten eine individuelle Mobilität unabhängig von fossilen Brennstoffen bei einem geringen CO2-Ausstoß. Derzeit hinkt ihre Leistungsfähigkeit jedoch gegenüber Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor noch stark hinterher, was beispielsweise in einer eingeschränkten Reichweite deutlich wird. Ein Grund hierfür ist die begrenzte Kapazität der Energiespeicher. Hinzu kommt ein hoher Energieverbrauch für das Thermomanagement des Fahrzeugs, wie z. B. für die Temperierung des Innenraums. Bei einigen Prozessabläufen, wie z. B. dem Betrieb des Motors, entstehen auf der anderen Seite erhebliche Mengen von Verlustwärme, die bisher energieverbrauchend über Kühlsysteme an die Umgebung abgegeben werden. Diese Verlustwärme bietet das Potenzial zum Einsatz für eine bedarfsgerechte Temperierung z. B. des Innenraumes.

Projektziele
Ziel des Forschungsprojekts itsOWL-Heatpipe ist die Entwicklung eines selbstregulierenden Thermomanagementsystems für Elektrofahrzeuge. Das System soll sich situations- und bedarfsgerecht auf sich verändernde Wärmeüberschüsse und -bedarfe einstellen sowie die Wärmeströme entsprechend lenken und verteilen.

Vorgehensweise
Dazu werden zunächst die Anforderungen an das Thermomanagementsystem ermittelt, wie beispielsweise der Temperierungsbedarf und die entstehende Verlustwärme. Darauf aufbauend werden Konzepte für neuartige Wärmerohre, sogenannte Loop Heat Pipes, entwickelt. In diesen wird die Verlustwärme durch Verdampfen eines Mediums ohne zusätzliche elektrische Pumpen eigenständig transportiert. Anschließend wird eine intelligente Steuerung konzipiert, die die einzelnen Wärmerohre miteinander vernetzt und eine bedarfsgerechte Verteilung der Wärme an die zu temperierende Stelle im Fahrzeug gewährleistet. Darüber hinaus wird ein Modell entwickelt, um die Funktionsweise der Wärmerohre sowie der Steuerung zu simulieren. Dabei wird auf Ergebnisse aus den Querschnittsprojekten Intelligente Vernetzung und Energieeffizienz zurückgegriffen. Abschließend wird das System anhand von Demonstratoren unter Realbedingungen getestet und in ein Elektrofahrzeug integriert.

Ergebnisse und Anwendungspotenzial
Mit dem Projekt itsOWL-Heatpipe werden die Leistungsfähigkeit und Effizienz von Elektrofahrzeugen erhöht. Angestrebt wird eine Steigerung der Energieeffizienz in Höhe von 4 v. H. Dadurch kann ein weiterer Beitrag zur Etablierung der Elektromobilität geleistet werden, zumal eine Reduzierung der Kosten des Thermomanagements im Fahrzeug in Höhe von 20 v. H. erwartet wird. Die Ansätze sind auf weitere Anwendungsgebiete übertragbar, wie z. B. die Kühlung der Leistungselektronik in Industriemaschinen und im Personennahverkehr.

• Benteler Automobiltechnik GmbH
• Universität Paderborn