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Weniger Verbrauch, mehr Komfort: Effizientes Heiz-/Kühlsystem für Elektrofahrzeuge
Prima Klima im Auto: Wie wird die Klimaanlage zukunftsfähig?13. Dezember 2011 in BerlinKampagne von: "Deutsche Umwelthilfe" und "Verkehrsclub Deutschland"
Referent: Dr.-Ing. Jan Hinrichs
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Einführung & Motivation
Versuchsaufbau
Meßergebnisse
Industrialisierungskonzept, Zusammenfassung
Thermomanagement von Elektrofahrzeugen –Einsatz einer R744 Wärmepumpe
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Foundation: 2006 (former Schaeffler Group)
Sales 2010: 274 Mio. Euro
Employees: 1,400
Plants: 2 in Germany, 1 in Bulgaria, 1 in USA, 1 in China,1 in India (JV with DSI)
Owners: Cognetas and Management
Company Overview
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Germany Plant: HückeswagenAssembly: Vacuum andTransmission Pumps
GermanyHeadquarter: Bad HomburgR&D, Administration. Production: Chassis andTransmission Pumps
BulgariaPlant: PlovdivProduction: Steering and Vacuum Pumps
BrazilPorto AlegrePartnership DHB
USABrunswick: Sales and Plant
IndiaJV ixetic DSIPlant: BangaloreAssembly Vacuum Pumps
ChinaPlant ShanghaiAssembly Vacuum Pumps
JapanRepresentative Yokohama
KoreaCooperation Seoul
Werk Shanghai 1
Locations
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� Power-steering pumps
� Vacuum pumps
� Chassis pumps
� Transmission components
� Tandem pumps
Product Portfolio
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Motivation
ref.: auto motor – sport 1/2011
+30°C (TSECC)-7°C (TSECC)
Reichweite Werksangabe: 144 km
EU-Cycle/23°C: 133 km
TSECC/ 23°C: 113 km
TSECC/ -7°C: 64 km
TSECC/ 30°C: 100 km
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Einführung & Motivation
Versuchsaufbau
Meßergebnisse
Industrialisierungskonzept, Zusammenfassung
Thermomanagement von Elektrofahrzeugen –Einsatz einer R744 (CO2) Wärmepumpe
© ixetic
ixetic Testfahrzeug Mitsubishi i MiEV
Serienfahrzeug mit werkseitig verbauter PTC - Kühlmittel – Heizung
Zusätzlich verbautes Wärmepumpensystem auf Basis von ixetic Heiz/Kühl-Modul
© ixetic
Funktionsweise eines Heiz / Kühl - Moduls
Verdichter
Akkumulator
Air
Expansions-ventil
Wärmesenke(Gaskühler)
Wärmequelle(Verdampfer)
Wärmesenken
� Umgebung
� Fahrgastzelle
� Batterie
Wärmequellen
� Fahrzeugantrieb
� Umgebung
� Batterie
� Fahrgastzelle
� Kompressor
Systemgrenze ixetic
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Einführung & Motivation
Versuchsaufbau
Meßergebnisse
Industrialisierungskonzept, Zusammenfassung
Thermomanagement von Elektrofahrzeugen –Einsatz einer R744 (CO2) Wärmepumpe
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1.9kWh
verfügbare Energie
durch
ixetic Wärmepumpe
Fahrmotor
PTC Heizung, Referenz
(durchschnitt. Heizleistung 3315W)
ixetic Wärmepumpe(durchschnitt. Heizleistung 3392W)
Gesamtenergieverbrauch PTC / Wärmepumpe
vehi
cle
spee
d km
/h
Ene
rgy
Con
sum
ptio
n kW
hHeat Pump COP 2.3 COP 2.5 COP 3.1
Testergebnisse aus TÜV SÜD Electric Car Cycle / -7°C,Versuchsfahrzeug iMiEV
Batteriekapazität iMiev 16kWh
© ixetic
s
400 800 1200 1600 2000 2400 2800 3200 3600
3
2
1
0
-1
-2
-3
-4
-5
-6
-7
-8
-9
-10
-11
-12
-13
-14
-15
Q Aussen-WT [kW] Wassertemp. Aus [ °C] Wassertemp. Ein [ °C]
Umgebungstemperatur
Temperatur [°C
] W
ärm
e [k
W]
Zeit [s]
Wärmequelle: Umgebung im TSECC / -7°C
aus der Umgebung aus der Umgebung aus der Umgebung aus der Umgebung entnommene Wentnommene Wentnommene Wentnommene Wäääärmermermerme
Temperatur Kühlwasservor Wärmequelle
Temperatur Kühlwasser nach Wärmequelle
0,56 kWh0,56 kWh0,56 kWh0,56 kWh
COP 2,3 COP 2,5 COP 3,1
© ixetic
s
400 800 1200 1600 2000 2400 2800 3200 3600
3
2
1
0
-1
-2
-3
-4
-5
-6
-7
-8
-9
-10
-11
-12
-13
-14
-15
Temperatur [°C
] Wärm
e [kW]
Zeit [s]
Umgebungstemperatur
Wärmequelle: Fahrantrieb im TSECC / -7°C
Temperatur Kühlwasservor Wärmequelle
Temperatur Kühlwassernach Wärmequelle
1,64 kWh1,64 kWh1,64 kWh1,64 kWh
aus dem Antrieb aus dem Antrieb aus dem Antrieb aus dem Antrieb entnommene Wentnommene Wentnommene Wentnommene Wäääärmermermerme
COP 2,3
COP 2,5
COP 3,1
© ixetic
Druck vs. Verdampfungstemperatur
0,0
5,0
10,0
15,0
20,0
25,0
30,0
35,0
40,0
45,0
50,0
-40 -35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0 5 10
Verdampfungstemperatur °C
Dru
ck b
ar
R744 R134aSättigungsdruck über Verdampfungstemperatur
Dru
ck [
bar]
Wärmequellen- Temperatur [ °°°°C]
Kühlwassertemperaturen im TSECC / -7°C
atm. Druck
Wärme-quelle
Umgebung
Wärme-quelleMotor
Kühlwassertemperaturohne Wärmeentnahme
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Einführung & Motivation
Versuchsaufbau
Meßergebnisse
Industrialisierungskonzept, Zusammenfassung
Thermomanagement von Elektrofahrzeugen –Einsatz einer R744 (CO2) Wärmepumpe
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Industrialisierungsstudie
Generation 2 FunktionsmusterGeneration 2 FunktionsmusterGeneration 2 FunktionsmusterGeneration 2 Funktionsmuster Generation 3 IndustrialisierungsstudieGeneration 3 IndustrialisierungsstudieGeneration 3 IndustrialisierungsstudieGeneration 3 Industrialisierungsstudie
• ZusammenfZusammenfZusammenfZusammenfüüüührung von Bauteilen mit hrung von Bauteilen mit hrung von Bauteilen mit hrung von Bauteilen mit äääähnlicher Temperaturhnlicher Temperaturhnlicher Temperaturhnlicher Temperatur
���� heiheiheiheißßßße Seite / kalte Seitee Seite / kalte Seitee Seite / kalte Seitee Seite / kalte Seite
• Gewichtsoptimierte AusfGewichtsoptimierte AusfGewichtsoptimierte AusfGewichtsoptimierte Ausfüüüührung der Whrung der Whrung der Whrung der Wäääärmetauscherrmetauscherrmetauscherrmetauscher
� Gegenstrom in runden QuerschnittenGegenstrom in runden QuerschnittenGegenstrom in runden QuerschnittenGegenstrom in runden Querschnitten
� Maximale MaterialausnutzungMaximale MaterialausnutzungMaximale MaterialausnutzungMaximale Materialausnutzung
• Reduzierung der VerbindungstechnikReduzierung der VerbindungstechnikReduzierung der VerbindungstechnikReduzierung der Verbindungstechnik
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Heiz/Kühl- Modul: FAQ's
• Vereisung: Front- End- Wärmetauscher als Wärmequelle nicht immer erforderlich
• Architektur: Hochvolt PTC nicht erforderlich
• R744 - Innenraumkonzentration: Kältemittelführende Bauteile befinden sich nicht im Fahrgastraum
• Montage/Service: Möglichkeit des Einbaus/Austausch es einer fertig montierten, geprüften und
servicefreien Einheit
• Flash Fogging: Möglichkeit getrennter Kühlmittel - Wärmetauscher zum Kühlen und Heizen
• Kältemittelleckagen: keine Wellendichtung, keine f lexiblen Leitungen, integrativer Aufbau, bei
großen Stückzahlen hermetisch ausführbar
• Weitere Potenziale durch Integration von Bauteilen
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