Spezifische Anforderungen an das Heiz-Klimasystem elektromotorisch angetriebener Fahrzeuge

Im Auftrag des Arbeitskreises 5 (Klimatisierung) der Forschungsvereinigung Automobiltechnik (FAT) wurde die vorliegende Studie zur Bewertung und Optimierung von Reichweiten-Einfluessen beim Heizen und Klimatisieren von Elektrofahrzeugen an zwei als moegliche Mobilitaetskonzepte definierten Fahrzeugklassen durchgefuehrt. Diese Fahrzeugklassen wurden plakativ mit Golf-Klasse und Smart-Klasse benannt. Es wurde ein Rechenmodell entwickelt, das zum einen die Fahrwiderstaende des Fahrzeuges berechnet und zum anderen die Energiestroeme im Fahrgastraum beim Heizen und Klimatisieren ermittelt. Hiermit wurden der Energiebedarf und die Reichweite nach einer definierten Methodik bestimmt. Der Reichweiteneinfluss wurde anhand des Neuen Europaeischen Fahrzyklus untersucht, wobei als Referenzzustand fuer den Heizfall ein unter freiem Himmel ausgekuehltes beziehungsweise fuer den Kuehlfall ein der Solarstrahlung ausgesetztes Fahrzeug betrachtet wurde. In die Untersuchung wurden verschiedene Standmassnahmen, Teil-Umluftbetriebsarten, der Einsatz einer Waermepumpe sowie der Einfluss einer verbesserten Karosserie-Isolierung und einer optimierten Verscheibung untersucht. Des Weiteren wurde der Einfluss der thermisch relevanten Massen des Fahrgastraums bewertet. Von dem Referenzfahrzeug ausgehend, wurde zunaechst die Reichweite mit konventioneller Beheizung beziehungsweise Klimatisierung berechnet. Dafuer wurden Referenzszenarien definiert, die als Ausgangspunkt fuer Optimierungsmassnahmen genutzt wurden. Diese zeigten, dass die Reichweite fuer die definierten Fahrzeugklassen im Kuehlfall bei hoher Aussentemperatur und solarer Einstrahlung um bis zu 46 Prozent und im Heizfall bei grosser Kaelte um 43 Prozent reduziert sein koennen. Ueber einen grossen Aussentemperaturbereich hinweg lassen sich bereits deutliche Reichweitensteigerungen erzielen, wenn das Fahrzeug optimal in der Standphase konditioniert wird. Hier stellte sich heraus, dass bereits eine aussen angebrachte Frontscheibenverschattung zu signifikanten positiven Effekten fuehrt. Auch der Teil-Umluftbetrieb erwies sich ueber den gesamten Aussentemperaturbereich hinweg als vorteilhaft. Neben den Energieeinsparpotenzialen liess sich ein deutlich gesteigerter Komfort nachweisen, jedoch sind die negativen Auswirkungen auf Luftqualitaet und Scheibenbeschlag zu beruecksichtigen. Fuer den Heizfall erwies sich der Einsatz einer Waermepumpe als besonders effektiv. Fuer Karosserie-Isolierungen zeigte sich, dass nur eine Kombination mit einer entsprechenden Konditionierungsmassnahme bereits in der Standphase zu Reichweitenvorteilen fuehren kann. Die Ergebnisse fuer die Golf-Klasse werden ausfuehrlich diskutiert. Fuer die Smart-Klasse sind die Resultate vergleichbar, sodass die Ergebnisse grafisch praesentiert werden. Zusammenfassend laesst sich feststellen, dass nur eine Kombination der betrachteten Einzelmassnahmen zusammen mit einer intelligenten Regelstrategie zu einer nennenswerten Steigerung der Reichweite bei Elektrofahrzeugen fuehren kann. So konnte bei einer Aussentemperatur von -20 Grad Celsius durch die sinnvolle Kombination von Einzelmassnahmen die Reichweitenabnahme im Heizfall von 82 km auf 20 km begrenzt werden. Fuer den Kuehlfall bei 35 Grad Celsius Aussentemperatur konnte die Reichweitenabnahme durch das Klimatisieren von 88 km auf 26 km reduziert werden. (A)