Kältemittelbasierte Direkttemperierung von Batteriesystemen Ein alternatives Kühlkonzept zur Schnellladung von zwei- und vierrädrigen E-Fahrzeugen

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Curt Gerstle
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1 DLR.de Folie 1 Kältemittelbasierte Direkttemperierung von Batteriesystemen Ein alternatives Kühlkonzept zur Schnellladung von zwei- und vierrädrigen E-Fahrzeugen Dipl.-Ing. Bastian Mayer

2 DLR.de Folie 2 Aktuelle Elektromotorräder Aus: MotoMania, Bd. 11 von Holger Aue, Lappan Verlag Oldenburg Kalender kwh 150 km 12,5 kwh 160 km 12,7 kwh 200 km 14,4 kwh 193 km

3 DLR.de Folie 3 Aktuelle Elektromotorräder Der größte Nachteil von Elektromotorrädern ist die geringe Ladeleistung. Aus: MotoMania, Bd. 11 von Holger Aue, Lappan Verlag Oldenburg Kalender kw 3,5 h 6 kw 2 h 8 kw 80 min 22 kw 30 min

4 Verlustwäme [W] DLR.de Folie 4 Abwärme bei der Schnellladung Begin of Life (BOL) End of Life (EOL) Stand der Technik C-Rate [1/h] Ladedauer 0-80% min 30 min 20 min 15 min Zukünftige Kfz-Batterien mit 4C Kälteleistung HVAC (stationär/pull down) 3 kw 1 / 8 kw 1 Kälteleistung Batterietemperierung 12 kw 1 (BOL) (3 % von 400 kw) 1 Wawzyniak, Markus et al., Thermomanagement als Grundvoraussetzung für die elektrische Mobilität. In: Automobiltechnische Zeitung (ATZ) vol. 09 (2017), pp

5 DLR.de Folie 5 Lösungsansatz autarke Batterietemperierung Kopplung der Systeme PT TT PT TT Batterie TCE Indirekte Kühlung mit der HVAC Direkte Kühlung mit der HVAC Vorhandene Kühl- und Kältekreise im Elektro-PKW D. Neumeister, W. Achim und T. Heckenberger, Systemeinbindung einer Lithium-Ionen-Batterie in Hybrid- und Elektrofahrzeuge, Automobiltechnische Zeitschrift (ATZ), Bd. 112, Nr. 4, pp , 2010

6 DLR.de Folie 6 Vor- und Nachteile Vereinfachter Umschaltbetrieb der HVAC im Kfz. Integration der Batteriekühlung/-heizung in die vorhandenen Kühlkreisläufe für E-Maschine, Umrichter und On-board Ladegerät Erhöhung der Leistungsfähigkeit und Effizienz Einsatz von alternativen Kältemitteln Geräuschminderung Zusätzliche Komponenten Brennbarkeit von alternativen Kältemitteln

7 Dipl.-Ing. Bastian Mayer Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.v. (DLR) Institut für Fahrzeugkonzepte Pfaffenwaldring Stuttgart Germany Tel: +49 (0711) Fax: +49 (0711)

DLR.de Folie 8 Auswirkungen auf aktuelle Batterietemperiersysteme HVAC-Systeme müssten erheblich größer werden größerer Verflüssiger größere

Erwärmung des Kühlmediums nicht Indirekte Kühlung mit der HVAC Direkte Kühlung mit der HVAC D. Neumeister, W. Achim und T.

8 DLR.de Folie 8 Auswirkungen auf aktuelle Batterietemperiersysteme HVAC-Systeme müssten erheblich größer werden größerer Verflüssiger größere Kühlöffnungen stärkere Lüfter (Lärm) größere oder schnelldrehende Verdichter Chillersysteme können die Temperaturinhomogenität der Zellen durch starke Erwärmung des Kühlmediums nicht Indirekte Kühlung mit der HVAC Direkte Kühlung mit der HVAC D. Neumeister, W. Achim und T. Heckenberger, Systemeinbindung einer Lithium- Ionen-Batterie in Hybrid- und Elektrofahrzeuge, Automobiltechnische Zeitschrift (ATZ), Bd. 112, Nr. 4, pp , 2010 ausreichend kompensieren

9 Pressure [bar] DLR.de Folie 9 Effizienzvorteile R1234yf source: NIST Standard Reference Database 23, Version 9.0 Coupled system Decoupled system 40 C 45 C 50 C 55 C t c = 55 C, p c = 14,6 bar C -15 C -5 C 0 C 5 C 10 C 35 C 30 C 25 C 20 C 15 C x=0,2 x=0,4 x=0,6 x=0,8 t o,ii = 15 C, p o,ii = 4,9 bar Δh o,ii t o,i = 5 C, p o,i = 2,7 bar Δh o,i specific Enthalpy [kj/kg] R1234yf +85% EER 48 % Π +116 % q ov R290 (Propan) +90% EER 54 % Π +197 % q ov

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