Abstract. Kurzfassung. Fabian Schüppel, Herbert Clemens, Niels Braunschweig

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1 Coolsteam - Klimatisierung und Heizung von Innenraum und Traktionsbatterie eines E-Fahrzeugs durch eine autarke und kompakte Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung Fabian Schüppel, Herbert Clemens, Niels Braunschweig Abstract Today s focus in the development of electric vehicle technology is placed on range, safety and comfort. Without improvement of these three parameters, there will be no widespread acceptance of electric cars. Battery storage systems of electric vehicles offer a range of approx. 150 km, which is significantly less compared with conventional cars with combustion engine. In addition, thermal comfort is, especially in wintertime, rather poor. Therefore, new options to improve range, safety and comfort of electric vehicles need to be explored. The aim of the CoolSteam project, funded by the IBB (Investitionsbank Berlin), is to investigate the applicability and potential of a heat-driven trigeneration system, based on an Organic Rankine Cycle and adsorption refrigeration. In this paper, the requirements for using the unit in electric vehicles are outlined. Furthermore, the concept, its components, temperature and power data, as well as the interfaces to the car are described. Finally, the paper offers an outlook on further project steps up to 2013, as well as on other potential fields of application. Kurzfassung Neben den derzeit zur Beheizung und Klimatisierung in Elektrofahrzeugen genutzten Systemen PTC und Brennstoffheizer sowie elektrische angetriebene Kompressionskältemaschinen sind derzeit auch effizientere Lösungen im Fokus von Forschung und Entwicklung. Wärmepumpen und thermoelektrische Systeme haben zumindest als kleinere Zuheizmaßnahmen inzwischen einen gewissen Reifegrad erreicht. In der Gebäudetechnik existieren weitere hocheffiziente Technologien, deren Verwendung für Pkw durch Fortschritte bei Energie- und Leistungsdichte realisierbar werden, und die durch ihre Unabhängigkeit vom Traktionsbatteriestrom eine Reduzierung der Reichweite vermeiden. Im Rahmen des CoolSteam Projekts, gefördert durch die Investitionsbank Berlin, wurde eine Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung mit einer Adsorptionskältemaschine und einer ORC-Anlage entwickelt und erprobt. Leistung und Effizienz wurden durch Prüfstandsmessungen validiert. Der derzeitige Stand der Miniaturisierung und ein Ausblick über weiteres Potenzial zur Verkleinerung der Anlage werden vorgestellt. Es wird auf die kritischen Punkte der Anlage und deren Lösungen eingegangen und es werden Einsatzmöglichkeiten mit entsprechenden Marktstart und -chancen gezeigt.

2 1. Einleitung Bei großen Differenzen zwischen der Ist- und der Komforttemperatur im Innenraum von Fahrzeugen werden hohe Leistungen zum Anpassen der Temperatur (im Sommer auch der relativen Luftfeuchte) benötigt. Dabei sind die Leistungen im Winterbetrieb durch die größere Temperaturspreizung höher als im Sommerbetrieb. Mittelklassefahrzeuge besitzen etwa 10 kw Heizleistung und 4 kw Kälteleistung für den Innenraum [11]. Die benötigten Antriebsleistungen am Rad für das gleiche Fahrzeug im NEFZ (Neuer europäischer Fahrzyklus) von durchschnittlich 6 kw liegen in einer ähnlichen Größenordnung. Der Einfluss wird bspw. im Rahmen der UNECE Mobile Air Conditioning Test Procedure für EURO 6 Fahrzeuge durch die EU, Light-Duty Vehicle Greenhouse Gas Emission Standards and Corporate Average Fuel Economy Standards durch die EPA oder im kommerziellen TÜV Süd Electric Car Cycle (TSECC ) quantifiziert. Der Schwerpunkt der neuen gesetzlichen Messverfahren liegt auf der Klimatisierung, während im TSECC auch den Einfluss des Heizens auf den Endenergieverbrauch betrachtet wird. Bei konventionellen Fahrzeugen fällt der Endenergiebedarfsanstieg durch das HVAC-System ( Heating, Ventilation and Air- Conditioning ) wegen des großen Endenergiespeicher weniger ins Gewicht, da der Kraftstoffverbrauch und damit auch die CO 2 -Emissionen zwar ansteigen, es sonst aber keine negativen Auswirkungen auf die Funktion gibt. Bei Fahrzeugen mit geringer Kapazität des Endenergiespeichers, wie batterieelektrische Fahrzeuge, folgt durch die Heizung und Klimatisierung nicht nur ein Anstieg der (indirekten) CO 2 - Emissionen, sondern auch eine Verkürzung der Reichweite [1]. Um eine Reichweitenverringerung zu vermeiden, werden (Bioethanol-) Brennstoffzuheizer (Karabag 500 E, Volvo C30 Electric) verwendet. Daneben werden Möglichkeiten zur Vorkonditionierung der Fahrzeuge angeboten (VW Golf Blue-e-Motion, BMW ActiveE). Zulieferer bieten weitere Lösungen, wie Range-Extender mit Klimaeinheit (Paragon) und Wärmepumpen (Ixetic, IAV, Behr), an. Alle hier genannten Lösungen bieten bei den Anforderungen der Kfz-Anwendung Vor- und Nachteile Anforderungen an HVAC-Systeme im Kraftfahrzeug Die Anforderungen an ein HVAC-System sind vielseitig und von Zielkonflikten geprägt. Wichtige Kriterien werden in Bild 1 dargestellt. Während bei konventionellen Fahrzeugen der Schwerpunkt auf dem thermischen Komfort liegt, spielen bei Fahrzeugen mit alternativen Antrieben zusätzlich das Package und der Endenergieeinsatz eine wichtige Rolle. Bild 1: Anforderungen an HVAC-Systeme

3 2. Technische Beschreibung des Projektes CoolSteam 2.1 Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung Derzeit verwendete HVAC-Systeme für Elektrofahrzeuge basieren auf konventionellen oder Hybridfahrzeugen. Hier werden zum Kühlen elektrisch betriebene Kompressionskältemaschinen und zum Heizen PTC-Heizelemente verwendet. Die Technologien sind serienerprobt, haben jedoch Nachteile beim Endenergieeinsatz und reduzieren die elektrische Reichweite. Der Einfluss von Brennstoffheizern auf die Reichweite ist nur gering. Die Verbrennungstemperatur wird mit Frischluft abgekühlt, um eine angenehme Ausblastemperatur für den Fahrzeuginnenraum zu erreichen, dabei wird die Hochtemperatur-Exergie des Brennstoffs vergeudet. Anstatt die Rauchgase der Verbrennung herunterzukühlen, lässt sich auch ein thermodynamischer Kreisprozess auf Basis eines Organic- Rankine-Cycles (ORC) betreiben, bei dem die Fahrzeugheizung und der Rückkühler (ORC-Verflüssiger) eine Einheit darstellt.. Diese Kraft-Wärme-Kopplung lässt sich durch eine Adsorptions- oder Absorptionskältemaschine erweitern, um traktionsbatterieunabhängig Wärme und Kälte im Fahrzeug zu erzeugen. Da die Adsorption im Vergleich zur Absorption mit geringeren Heizwassertemperaturen arbeitet (vgl. Bild 2), kann der Wirkungsgrad des thermodynamischen Kreisprozesses erhöht, und damit auch eine höhere Leistung erzielt werden. Zudem bieten sich zusätzliche Möglichkeiten der Einkopplung von solarer Wärme und Antriebsstrangabwärme. Bild 2: CoP (Kälteverhältnis) und Temperaturen von Ab- und Adsorptionskältemaschinen [3] Durch das feste Adsorbens ergibt sich bezüglich Beschleunigungen und Vibrationen eine automotiv taugliche Anlagengestaltung, allerdings arbeiten Adsorptionskältemaschinen zyklisch, da das Adsorbens nicht im Kreislauf betrieben werden kann. Dadurch entstehen Schwankungen in den Austrittstemperaturen und bei der Kälteleistung (Bild 3). Da die Zeolithadsorbenzien nach dem Adsorbieren wieder regeneriert werden müssen, muss für eine kontinuierliche Kälteabgabe mit einer Zweikammeranlage gearbeitet werden. Diese wiederum bietet zusätzlich die Möglichkeit der gleichzeitigen Kälte- und Wärmespeicherung.

4 2.2 Auslegung der KWKK-Anlage Der für die Dimensionierung der KWKK-Anlage notwendigen Wärme- und Kälteleistungsbedarf wird mit einem Mehrzonenfahrzeuginnenraummodell bestimmt. Die Anlage wurde für ein Fahrzeug des A-Segments ausgelegt. Es wurde das Innenraumvolumen bestimmt, und das Simulationsmodell wurde anhand von Abkühlmessungen im Winter und Sommer parametrisiert. Neben den Innenraumanforderungen wurde der Kühlbedarf durch die Verlustleistung des elektrischen Antriebs im TSECC (TÜV SÜD E-Car Cycle) bestimmt. Die ermittelten Werte sind in Tabelle 1 aufgeführt. Tabelle 1: Leistungen A-Segment Fahrzeug im TSECC Mittelwert Peak T Fahrleistung W W Verlustleistung Batterie 35 W 636 W C Verlustleistung LE 184 W W C Verlustleistung EM 965 W W < 105 C Aufgrund der hohen Effizienz sind die benötigten durchschnittlichen Kühlleistungen für den elektrischen Antrieb gering. Lediglich an der elektrischen Maschine tritt eine größere Menge an Abwärme auf, die aber wegen des hohen Temperaturniveaus auch ohne Kühlanlage rein konvektiv abgeführt werden kann. Bei der Bestimmung der Leistungen für den Innenraum wurden Serien- bzw. serienreife Effizienzsteigerungsmaßen berücksichtig. Dazu gehören eine bedarfsgerechte Umluftsteuerung [5], Standlüftung, Beschlagsensor und eine Abdunkelung der Heckund Seitenscheiben [6], [7]. Für eine Temperierungszeit von 15 min und eine Zieltemperatur von 22 C ergeben sich die in Tabelle 2 dargestellten Leistungsanforderungen (in Anlehnung an [8]) an die KWKK-Anlage. Die gewonnene elektrische Energie aus dem Dampfkreisprozess wird in erster Linie für die Nebenverbraucher (Lüfter und Pumpen) der Adsorptionskälteanlage genutzt, kann aber auch zum Laden der Traktionsbatterie verwendet werden. Tabelle 2: Leistungsbedarf, Klimatisierung und Heizung T ausblas (Start) T ausblas (Fahrt) P (Start) P (Fahrt) ṁ Luft (max) Winter (-10 C) 45 C 45 C 5,5 kw 3,0 kw 0,1 kg/s Sommer (35 C) 12 C 10 C 3,0 kw 2,2 kw 0,1 kg/s Das Klima-Simulationsmodell wurde in MATLAB Simulink in Anlehnung an [2], [4] erstellt. Der Fahrzeuginnenraum wird dabei als vertikal geschichtetes Luftvolumen mit diskreter Lufttemperaturverteilung und Wasserbeladung betrachtet. Durch Wärmeströme (Konvektion, Transmission, langwellige Strahlung) erfolgt ein Temperaturaustausch zwischen Fahrzeug und Umwelt. Die thermische Masse des Innenraums ist in einem Massepunkt konzentriert. Daneben sind im Fahrgastraum Personen mit einer Wärmeabgabe (130 W) und Wasserdampfabgabe (35 g/h) implementiert [8]. Für das Sommerszenario befinden sich zwei Personen im Innenraum, im Winter nur eine. Die Heiz- und Kühl- bzw. Trocknungsleistung wird über eine Temperatur- und maximale Luftfeuchtevorgabe geregelt.

5 Die Ungenauigkeiten, die aus dem einfachen Inneraummodell resultieren, werden wegen der schwierigen Parametrierung eines FEM-Modells (vgl. bspw. THESEUS- FE) in Kauf genommen. Durch die vertikale Temperaturschichtung kann der Einfluss eines unterschiedlichen Frischluftanteils im Kopf- und Fußbereich auf den Klimaleistungsbedarf (vgl. [9]) oder eine horizontale Temperaturschichtung (vgl. [8]) untersucht werden. Um den Heiz- und Kühlbedarf entsprechend Tabelle 2 zu decken, wird zwar nicht die Traktionsbatterie belastet, dennoch sind die benötigten Leistungen im Fahrtbetrieb relativ hoch. Um den Gesamtenergiebedarf zu reduzieren, können Teile der Verlustleistung aus dem Antriebsstrang (vgl. Tabelle 1 bzw. [10]) in den CoolSteam- Kreislauf eingekoppelt werden. Hierbei bietet sich vor allem die E-Maschine wegen des hohen Temperaturniveaus und der hohen durchschnittlichen Verlustleistung an. Dieses ist jedoch (abhängig vom Fahrzyklus) wegen der großen thermischen Masse der E-Maschine nur bei längeren Fahrzeiten möglich (> 10 min im TSECC). 2.3 Adsorptionskältemaschine Vorteile und Funktionsweise der verwendeten Adsoprtionskältemschine sind in [12] und [13] detailliert erläutert. Es wird eine Zweikammerzeolithadsorptionskältemaschine verwendet. Als Kältemittel wird Wasser (H 2 0) aufgrund seiner thermodynamischen Eigenschaften und aufgrund des unkritischen Verhaltens gegenüber Mensch und Umwelt genutzt, im Gegensatz zu dem meist in Kompressionskältemaschinen verwendeten R134a. Die drei für den Betrieb notwendigen bzw. auftretenden Temperaturniveaus sind in Tabelle 3, die Messdaten des verwendeten Prototyps in Bild 3 und 4 gezeigt. Tabelle 3: Drei Temperaturzonen der Adsorptionskältemaschine Min Max Thermischer Antrieb 90 C 100 C Rückkühlung 27 C 40 C Kühlung 4 C 20 C entspricht φ rh_max bei 22 C 30 % 87 % Die ein- und austretenden Temperaturverläufe und der Einfluss der zyklischen Betriebsweise einer Zwei-Kammer-Anlage sind im Bild 3 für eine Zykluszeit von 180 s zu sehen. Die Antriebstemperatur liegt bei 95 C un d die Rückkühltemperatur bei 40 C. Die Luft am Verdampfer kann in diesem Betriebsp unkt auf ca. 10 C heruntergekühlt werden. Durch ein Verkürzen der Zykluszeit, kann die Kühlleistung auf Kosten des CoP erhöht werden.

6 Temperatur [ C] T_Hot_in / C T_Hot_out / C T_RK_in / C T_RK_out / C T_Vd_in / C T_Vd_out / C Bild 3: Messdaten der drei Temperaturniveaus einer Adsorptionskältemaschine Zyklischer Wechsel der Adsorptionskammern nach ca. 180 s Zeit [s] Die Leistungsmessung am Prüfstand (Bild 4) wurde bei Kaltwassertemperaturen für die Klimatisierung von 10 und 13 C und Rückkühltemp eraturen (entspricht etwa der Aussentemperatur) von 30 bis 44 C durchgeführt. Di e Leistung liegt dabei abhängig von der Rückkühltemperatur leicht über bzw. leicht unter den geforderten Werten für kleine City-Fahrzeuge (Tabelle 2) Qc [kw] COP [-] Kälteleistung 13 C Kälteleistung 10 C COP 13 C CoP 10 C T_MT_in [ C] Bild 4: Kälteleistung (Qc) und CoP der Coolsteam Adsorptionskältemaschine in Abhängigkeit von der Rückkühltemperatur (T_MT_in) und der Kaltwassertemperatur 0.0

7 Ähnlich wie eine Kompressionskältemaschine, die durch Vertauschen von Verdampfer und Kondensator auch als Wärmepumpe arbeiten kann, ist dies auch bei einer Adsorptionskältemaschine möglich, indem am Verdampfer der Umgebung Wärme entzogen und diese über die Rückkühlung in den Innenraum geleitet wird. Wegen des vergleichsweise niedrigen CoP und des hohen Umschaltaufwands ist eine Wärmepumpenfunktion derzeit nicht vorgesehen. Bei einer aktiven Ventilsteuerung, mit der die Kältemittelbewegungen im Reaktor wärmezufuhrunabhängig gesteuert werden können, kann die Adsorptionskältemaschine als Wärme- und Kältespeicher genutzt werden. Auf diese Weise ist es möglich den Zeolith, während die Traktionsbatterie des Elektrofahrzeugs am Netz geladen wird, zu trocknen (Kältespeicher) oder vollständig zu beladen (Wärmespeicher). 2.4 Organic-Rankine-Cycle Der Organic-Rankine-Cycle (ORC) ist ein Rankine-Dampfkreisprozess mit einem organischen Arbeitsmittel. Als Arbeitsmittel wird Ethanol oder Ethanol-Wassermischung verwendet. Dadurch ist es möglich, einen Dampfkreisprozess mit relativ geringem Temperaturgefälle und niedrigem Druck zu betreiben. Gegenüber einem Hubkolbenverbrennungsmotor bietet eine ORC-Anlage mehr Freiheiten bei der Leistungs- und Wärmestromregelung durch die Förderpumpe, Expanderdrehzahl und Wärmezufuhr am Brenner. Es ist somit ein wärme- bzw. kältegeführter Betrieb möglich. Zudem lassen sich bei Verwendung eines geeigneten stationären Brenners ohne aufwändige Abgasnachbehandlung (SCR, etc.) sehr niedrige Schadstoffemissionswerte erzielen. Als Brenner (Bild 5) wird zurzeit eine handelsübliche Standheizung ohne Wasserwärmetauscher mit maximal 12kW Brennstoffleistung verwendet. In einem nachgeschalteten Rohrschlaufendampferzeuger mit Kreuz-Gegenstromcharakteristik wird das Arbeitsmedium verdampft. Es wird mit niedrigen Drücken (bis etwa 25 bar) und Temperaturen (max. Überhitzungstemperatur 250 C) g earbeitet. Bild5: Brenner im Testaufbau

8 Das überhitzte Arbeitsmedium wird in einem Axialkolbenexpander (Bild 6) entspannt und gibt dabei mechanische Energie ab (Bild 8). Außerhalb des Sommerbetriebs, wenn die AdKM nicht in Betrieb ist, oder nur eine geringere Leistung benötigt wird, kann die Rückkühltemperatur unter die ideale Antriebstemperatur der Kältemaschine abgesenkt werden und so der Wirkungsgrad und die mechanische bzw. elektrische Leistung der ORC-Anlage erhöht werden. Bild 6: Axialkolbenexpander der Amovis GmbH POWER [kw] MESS_20bar MESS_15bar MESS_10bar SPEED [1/min] Bild 7: Axialkolbenexpander-Kennfeldmessungen Überhitzter Ethanoldampf 230 C, Dampfdruck am Ausla ss 1,5 bar Das entspannte Arbeitsmedium wird anschließend in einem Plattenkondensator, von dem der Wärmestrom als Antrieb an die Adsorptionskältemaschine übertragen wird, verflüssigt, auf etwa 105 C gekühlt und von einer Pumpe zurück zum Dampferzeuger gefördert. Die Leistung der ORC-Anlage wird, abhängig vom Wärme- bzw. Kältebedarf, über die Brennerleistung eingestellt. Die Überhitzungstemperatur des Arbeitsmediums und der optimale Dampfdruck werden über den Förderstrom der Pumpe und durch die Drehzahl des Expanders geregelt. Diese kann durch Änderung der

9 Last bei Verwendung eines fremd erregten Generators variiert werden. Variationen von Dampfdruck und Drehzahl des Axialkolbenexpanders zeigt Bild 7. Dabei wird deutlich, dass die geforderte Wellenleistung von ca. 1 kw (erforderliche elektrische Generatorleistung ca. 800W) bereits mit diesem Baustand erreicht wird. 2.5 Die KWKK Anlage Die beiden Technologien (AdKM und ORC) werden zunächst entsprechend den Kleinfahrzeuganforderungen ausgelegt und gekoppelt. Der Aufbau erfolgt in einer Prüfstandsumgebung mit Wärmequellen und senken. Der Schwerpunkt des ersten Modells liegt auf der Verknüpfung der beiden Anlagen (Bild 8) und noch nicht auf einer Miniaturisierung. Es wird das Regelungsverhalten und die Dynamik der Gesamtanlage untersucht und parallel ein Simulationsmodell aufgebaut, das mit den Prüfstandsdaten parametrisiert wird. Die Verschaltung der Quellen und Senken erfolgt zur besseren Mess- und Regelbarkeit zunächst parallel, wird aber in einem zweiten Schritt auf eine fahrzeugähnliche serielle Bauweise umgestellt. Die Schnittstellen zum Fahrzeug bestehen in den Wärmetauschern im Frontend für den Rückkühlkreis der AdKM und des Dampfkreises, im Armaturenbrett für die Heizung und Klimatisierung und im Batterie-Chiller zur Temperierung des Hochvoltspeichers. Bei Nichteinkopplung der Abwärme des Traktionsmotors und wegen der niedrigen Verlustleistung an der Batterie (vgl. Tabelle 1) kann die Erprobung des CoolSteam-Aggregats an einem beliebigen Fahrzeug erfolgen. Kältemaschine Rückkühler Brenner Dampferzeuger Expander Bild 8: Aufbau der Prüfstandsanlage

10 3 Weiterentwicklung zur Baustufe II Die Tests der ersten Versuchsanordnung ergaben folgende Eindrücke: - Aufbau, Inbetriebnahme und Betrieb der Gesamtanlage konnten planmäßig durchgeführt werden. Es ergaben sich keine besonderen Schwierigkeiten oder unerwartete Effekte. Das Anlagenverhalten kann durch Änderung zahlreicher Stellgrößen in alle erwünschten Richtungen beeinflusst werden. Der Steuerund Regelaufwand erscheint somit in dieser Entwicklung überschaubar. - Die in der vorab ausgeführten Anlagensimulation ermittelte Leistungsaufnahme aller elektrischen Geräte (Pumpen, Lüfter) für den Extremfall (ca Watt im Hochsommer bei stehendem Fahrzeug) können vom Expander- Generator ohne Unterstützung einer weiteren Energiequelle elektrisch gespeist werden. Hier ist weitere Entwicklungsarbeit nur auf dem Gebiet der Effizienz erforderlich, um den Brennstoffeinsatz weiter zu reduzieren. - Die ORC-Anlage basiert auf Entwicklungen für Kfz-Anwendungen, und ist, bis auf den Verdampfer, bereits an strenge Packageanforderungen angepasst, oder ist, wie im Fall des Brennersystems, bereits ein Kfz-Zubehör. Der Verdampfer der ersten Baustufe war überdimensioniert und kann in Baugröße und Masse noch deutlich verkleinert werden. - Die Adsorptionskälteanlage, auf technologischer Basis der zurzeit industriell gefertigten stationär eingesetzten Anlagen, erreicht bereits bei günstigen Rückkühltemperaturen (vgl. Bild 4) die erforderliche Kälteleistung (vgl. Tabelle 2). Größe und Gewicht der Kältemaschine genügt den Ansprüchen an eine mobile Anwendung in einem Kfz in dieser Baustufe noch nicht. Aus diesen Kenntnissen ergeben sich die derzeitigen Schwerpunkte der Arbeiten am zweiten Demonstrator: - Neuauslegung des Dampferzeugers hin zu einer kompakten und leichten Einheit mit dem Brennersystem (Bild 9 zeigt die erste Miniaturversion, Fügetechnik mit freundlicher Unterstützung der Benteler Automobiltechnik GmbH). - Überarbeitung der Expanderauslegung, Optimierung der Steuerzeiten und der Triebwerksreibung. - Neuauslegung der Adsorptionskälteanlage, Einsatz alternativer Materialien und Beschichtungsmethoden des Adsorbens auf den Wärmeübertragerblechen, deutliche Reduzierung von Gewicht und Volumen. Darüber hinaus bleiben die ursprünglich geplanten Maßnahmen für die weiteren Baustufen: - Kfz-übliches Package in einem kompakten, tragbaren Gefäß, als Richtgröße dient das Kofferraumvolumen kleiner City-Fahrzeuge des A-Segments (Bild 10). - Schrittweiser Ersatz der vorhandenen, prüffeldtypischen Materialien, Bauteilen und messtechnischen Geräten (Swagelok-Verschraubung, Edelstahlrohre, etc.) hin zu automotive-gerechten Komponenten, die bezüglich Volumen, Gewicht und Kosten einen Kfz-Einsatz unmittelbar glaubhaft machen. - Entwicklung hin zu einer prüffeldunabhängigen, autarken Betriebsweise unter Verwendung einer Start- und Pufferbatterie. Gesamtauslegung der elektrischen Anlage auf 24V Gleichstrom.

11 Bild 9: Miniaturdampferzeuger für maximale Dampfzustände von 40 bar und 400 C, Abgastemperatur 1000 C, Auslegung und Fertigung Am ovis GmbH Bild 10: Packagekonzept der Baustufe II für ein A-Segment-Kfz

12 4 Fazit und Erörterung der Marktchancen Aus den bisherigen Untersuchungen im Projekt CoolSteam lässt sich ableiten, dass das Ziel einer autarken Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung für den Einsatz in batterieelektrischen Fahrzeugen in Reichweite ist. Verbleibende Differenzen zwischen Anspruch und messtechnischer Wirklichkeit lassen sich im weiteren Projektverlauf deutlich verringern oder sogar überwinden. Wirklich entscheidend für die weitere Entwicklung wird sein, ob und wie es gelingt, nach der derzeitigen Projektphase den Demonstrator in ein Versuchsfahrzeug zu implementieren und erfolgreich zu betreiben. Dazu werden die Gespräche mit potenziellen Produzenten und Fahrzeug-OEM nach Inbetriebnahme der zweiten Baustufe intensiviert. Die Motivation des Projektes basiert auf der Vermutung, dass batterieelektrische Fahrzeuge ohne externe technische Unterstützung durch Zusatzaggregate vorerst keinen Massenmarkt bilden können. Dies scheint sich, betrachtet man die vielen Berichte aus Expertenquellen, aber auch aus Quellen der Populär- und Tagesberichterstattung, zu bewahrheiten. Aus diesem Grund erscheint auch die Marktfähigkeit dieser besonderen Auxiliary Power Unit gegeben. Bis Traktionsbatterien im Alltagsbetrieb eine den flüssigen, chemischen Energieträgern ähnliche Speicherdichte aufweisen, vergehen, interpretiert man entsprechende Fachberichte, sicher noch einige Jahre, wenn nicht Jahrzehnte. Müssen doch offensichtlich noch deutliche Verbesserungen physikalischer und chemischer Natur bei elektrischen Speichern erzielt werden, um diesem Ziel näher zu kommen. Aber auch in diversen anderen Marktsegmenten kann die CoolSteam-Technologie zum Einsatz kommen, und damit das Risiko für zukünftige Produzenten verringern: Anwendung in Stadt- und Reisebussen, Möglichkeit der Dachmontage auf einer relativ großen Fläche, Nutzung des Motorkühlwassers Kälteleistung kw Heizleistung kw Anwendung in Straßenbahnen und Regionalzügen, ähnliche Konzepte wie Stadtbusse zur Reduzierung des Fahrstromverbrauchs Kälteleistung ca. 25 kw Heizleistung ca. 25 kw Anwendung in Lkw, Fahrerstand und Ladungskühlung, vor allem im sogenannten Hotelbetrieb Kälteleistung im Fahrerstand ca. 3 5 kw Heizleistung im Fahrerstand ca. 3 5 kw Caravan und Mobile Homes Zur Steigerung der Marktchancen in verschiedenen Segmenten können Weiterentwicklungen dienen, wie die Einkopplung von Wärme aus dem Antrieb und dem Energiespeicher. Beim Einsatz in Brennstoffzellenhybridfahrzeugen ließe sich die Stackabwärme (ca. 80 C) für den Antrieb der Kältem aschine nutzen. Zudem bietet es sich bei Bussen und Bahnen an, die derzeit nicht vollständig genutzte Dachfläche für solare Wärmegewinnung zu nutzen. Die aus dem stationären Bereich stammende Adsorprtionskälteanlage hat bei der mobilen Verwendung weitere, derzeit noch nicht genutzte Entwicklungspotenziale: Die bereits erwähnte Wärmepumpenfunktion oder der Wechsel vom derzeit rein

13 wärme- bzw. druckgesteuerten Betrieb auf aktive Ventile ermöglicht es, die Kälte und Wärme in der Adsorptionskältemaschine zu speichern. Das Erschließen weiterer Märkte kann durch höhere Absatzzahlen die Produktionskosten senken. Dies reduziert wiederum die Kosten für die Klimatisierung der E- Fahrzeuge, wodurch deren Attraktivität steigt und die Markteindringung unterstützt wird. Besonders vielversprechend erscheint der Einsatz in dieselgetriebenen Regionalzügen mit Abwärmenutzung. 5 Danksagung Die in diesem Bericht beschriebene Entwicklung wird mitfinanziert durch das Förderprogramm ProFit der Investitionsbank Berlin. Dieses Vorhaben wird von der Europäischen Union ko-finanziert. Europäischer Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) Für weitere Informationen wenden Sie sich bitte an: Amovis GmbH Voltastraße Berlin Tel Fax info@amovis.de Amovis, unsere Innovationen sind die Zukunft!

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