CoolSteam eine kompakte Kraft-Wärme-Kälte Kopplung für batterieelektrische Fahrzeuge
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- Anke Biermann
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1 Coolsteam Eine kompakte Kraft-Wärme-Kälte- Kopplung für batterieelektrische Fahrzeuge Dieses Vorhaben wird von der Europäischen Union kofinanziert Europäischer Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) 1
2 Motivation 2
3 Coolsteam - Grundidee - Wärme, Kälte und elektrische Energie aus einer Geräteeinheit mit separatem Energiereservoir - Antrieb über Organic Rankine Cycle => geräusch- und vibrationsarm, weitgehende Flexibilität bezüglich der Verteilung Strom-Wärme - Thermischer Antrieb über herkömmlichen Zusatzheizer mit grünem Brennstoff => bekannte, akzeptierte Serientechnologie für mobile Systeme - Kälteleistung durch kompakte und leistungsstarke Adsorptionskälteanlage => geräuscharmer Betrieb, Kältemedium Wasser, kein ODP oder GWP, Antrieb durch heißes Kondensatorkühlwasser, Strombedarf für Pumpen und Lüfterantriebe wird über ORC Strom abgedeckt - Coolsteam Aggregat soll in kleines Fahrzeug der A- (City-) Klasse passen, alle erforderlichen Leistungssdaten erfüllen und dabei völlig energieautark funktionieren => kein Einfluss auf die Reichweite des Fahrzeugs Demonstrator im A-Segment Fahrzeug 3
4 Leistungszahlen für A-Segment Fahrzeug Randbedingungen: Außentemperaturen: Winter: T= -10 C Sommer: T= 35 C Fahrzeugtemperatur: Innenraum: Tsoll= 22 C erforderliche Leistungen: Berechnungsbasis: Einfaches fünf-zonen-mode Validierung durch Aufheizversuche T ausblas T ausblas P P (Start) (Fahrt) (Start) (Fahrt) Winter (-10 C) Sommer (35 C) 45 C 45 C 5,5 kw 3,0 kw 15 C 12 C 3,0 kw 2,2 kw 4
5 Aufbau des Coolsteam - Systems Amovis ORC Arbeitsmedium Ethanol 3-Zyl.- Axialkolbenexpander, Vh = 80 cm³ Pmax = 2 kw (25bar, 250 C, /min) 5
6 Aufbau des Coolsteam - Systems Amovis ORC Arbeitsmedium Ethanol 3-Zyl.- Axialkolbenexpander Drehstrom-Generator für Start- und Generatorbetrieb, Gleichrichter 40V Pmax = 5 kw (3000 1/min) 6
7 Aufbau des Coolsteam - Systems Amovis ORC Arbeitsmedium Ethanol 3-Zyl.- Axialkolbenexpander Drehstrom-Generator für Start- und Generatorbetrieb, Gleichrichter 40V Brenner: Diesel-Standheizung, Pmax = 12 kw Wasser WÜ ersetzt durch Dampferzeuger 7
8 Aufbau des Coolsteam - Systems InvenSor Adsorptionskältemaschine 8
9 Prinzip einer 2-Kammer-Adsorptionsmaschine Ads I Ads II Ads I Ads II Kon Kon VD VD Ads I: Desorption (Trocknung) Kon: Kondensator Ads I: Adsorption Ads II: Adsorption (Sättigung) VD: Verdampfer Ads II: Desorption
10 Temperaturverläufe der ein- und austretenden Soleströme Zykluszeit ca s 110 Temperatur [ C] Hoch -Temp. (Antrieb) T_Hot_in / C T_Hot_out / C T_RK_in / C Mittel T_RK_out -Temp. / C (Rückkühler) T_Vd_in / C T_Vd_out / C Zeit [s] Nieder-Temp. (Kühlen) 10
11 Kälteleistungskennfeld einer Adsorptionskältemaschine Schematische Abhängigkeit der Leistung und des thermischen COP`s von den prägenden Temperaturströmen Kälteleistung Heißwassertemperatur 100 C 80 C 13 C 10 C 13 C 10 C Kaltwassertemperatur Coefficient of Performance Umgebungstemperatur 11
12 Kälteleistung / thermischer COP der CoolSteam-Adsorptionskältemaschine Stand Juni
13 Spezifische Kälteleistung der CoolSteam-Adsorptionskältemaschine Stand Juni
14 Coolsteam Demonstrator Stand November 2012 ORC-Anlage 14
15 Coolsteam Demonstrator Stand November 2012 Prüfstand Puffer-Akku Rückkühler HT Rückkühler MT NT-WÜ / orig. Fzg.-Klimamodul ORC-Anlage Adsorptionskältemaschine Steuergerät Dampfkreis + Hydraulik 15
16 Coolsteam Demonstrator Stand November Packagemaße 450 mm 16
17 Was bleibt zu tun? Projektlaufzeit bis 04/2013 Adsorptionskälteanlage Weitere Reduzierung des Leistungsgewichts um ca. 40% (Reduzierung des Lamellenabstandes) neue Beschichtungstechnologie, alternative Rippenrohrtechnologie mit vergrößertem Wärmeübergang, neuartiger Binder für Temperaturen bis 120 C, etc. ORC-Anlage Suche nach alternativen grünen CNG- oder Ethanolbrennern Weitere Effizienzoptimierung der Einzelkomponenten zur Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs Integration und Kompaktierung der MSR-Technik Weitestgehende Vereinheitlichung der Komponentenantriebe auf 12/24V-Technologie Automatisierung der Anlage für den autarken Betrieb in mobilen Versuchsfahrzeugen Neuauslegung der Rückkühleinheiten zur Einbindung ins Package Testbetrieb Leistungsmessungen und Kennlinien von ORC- und AdKM-Anlage im Verbundbetrieb Simulation Modellierung des Gesamtsystems in Dymola/Modelica, Validierung durch Versuchsergebnisse Hilfe bei der Ausarbeitung von Steuer- und Regelkonzepten Integration von Antriebsstrangabwärme (Abgas, Kühlwasser) Nutzung solarer Wärme als thermischer Antrieb der AdKM 17
18 Ausblick Zielmärkte für die weitere Entwicklung und Spezialisierung E-Fahrzeuge Klimatisierung von Fahrzeugen aller Art Auxiliary Power Unit für LKW, Caravan, etc. Mikro-KWKK für stationären Einsatz 18
19 Kontakt Amovis GmbH Voltastraße Berlin Tel Fax info@amovis.de Amovis, unsere Innovationen sind die Zukunft! Vertraulich 19
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