Klimatisierung | Thermomanagement

Die Heizung und die Klimaanlage in Elektroautos werden mit Energie aus der Batterie betrieben. Sie sind also weitere Energieverbraucher, die einen relativ großen Anteil der im Akku gespeicherten Energie beanspruchen, was sich speziell im Winter erheblich auf die Reichweite auswirkt.

Heizen

Heizungssysteme konventionell betriebener Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor nutzen die Verlustwärme zum Heizen des Fahrzeuginnenraums. Aufgrund ihres hohen Wirkungsgrades geben elektrische Antriebe hingegen nur wenig Verlustwärme an ihre Umgebung ab, die von einem Heizungssystem genutzt werden könnte.

Zum Heizen müssen deshalb alternative Maßnahmen genutzt werden, um das Heizleistungsdefizit auszugleichen. Zum Einsatz kommen Zuheizsysteme wie elektrische Zuheizer oder Wärmepumpensysteme. Die benötigte Energie wird dann vollständig dem Akku entnommen. Dies geht allerdings zu Lasten der elektrischen Reichweite. Elektrische Zuheizer, die in das Lüftungssystem integriert sind, stellen eine einfache, wirkungsvolle, aber auch sehr energieintensive Form der Heizung dar. Mittlerweile werden deshalb auch energieeffiziente Wärmepumpen eingesetzt. Sitzheizungen und beheizte Scheiben bringen die Wärme direkt an die zu wärmenden Stellen und reduzieren so ebenfalls den Heizwärmebedarf für den Innenraum. Außerdem können Elektroautos vor Fahrtbeginn beim Ladevorgang vortemperiert werden, ohne den Akku zu belasten. Während der Fahrt wird dann weniger Energie für das Heizen oder Kühlen benötigt.

Kühlen

Zur Kühlung des Innenraums werden anstelle des herkömmlichen mechanisch angetriebenen Kompressors Elektro-Kompressoren, sogenannte E-Kompressoren eingesetzt. Sie treiben einen Kältekreislauf an, der das darin zirkulierende Kältemittel auf den gewünschten Druck verdichtet, sodass Verdampfung und Kondensation bei der jeweils gewünschten Temperatur stattfinden. Durch den Übergang von flüssigem in gasförmiges Kältemittel („Verdampfung“) wird eine Kälteleistung erzeugt, die eine Kühlung auch unterhalb der Umgebungstemperatur ermöglicht. Dieses Prinzip zur Klimatisierung der Kabine im Sommer wird auch verwendet, um die Batterie bei sehr hohen Außentemperaturen zu kühlen.

Die direkte Kühlung der Batterie durch die Klimaanlage wird eher bei klein dimensionierten Batterien/Akkus verwendet. Bei größeren Kapazitäten geht die  Kühlung der Batterie mit komplexeren Thermomanagement-Kreisläufen einher. Zum Beispiel wird die Batterie mit Kühlmittel über einen Niedertemperaturkreislauf gekühlt. Reicht die Kühlung nicht aus, erfolgt eine zusätzliche Kühlung über die indirekt eingebundene Klimaanlage. Dabei kommt ein spezieller Wärmetauscher zum Einsatz, ein sogenannter „Chiller“. Dieser ist sowohl mit dem Kühlmittel- als auch mit dem Kältemittelkreislauf verbunden, was es ermöglicht, die Temperatur des Kühlmittels durch das Kältemittel der Klimaanlage weiter zu senken

Die beim Übergang von gasförmigem in flüssiges Kältemittel („Kondensation“) freiwerdende Wärme kann darüber hinaus im Winter zum Heizen der Kabine verwendet werden. Zudem können auch energieeffiziente Wärmepumpen eingesetzt werden, die nicht nur heizen, sondern im Sommer auch als Klimaanlage zur Kühlung genutzt werden können.