Da der Motor eines Elektroautos keine Wärme erzeugt, benötigen E-Autos speziell entwickelte Heiz- und Kühlsysteme. Die Beibehaltung der richtigen Temperatur im Fahrgastraum im Winter ist nicht nur eine Frage des Fahrkomforts, sondern vor allem der Sicherheit, da die Scheiben nicht beschlagen oder vereisen dürfen. Damit Sie eine Klimaanlage optimal nutzen können, sollten Sie sich mit ihrer Funktionsweise vertraut machen.
Funktionsweise der Klimaanlage im Auto
Die Klimaanlage arbeitet im Zusammenspiel mit der Heizung des Fahrzeugs und ist nicht nur für die Kühlung des Innenraums im Sommer, sondern auch für das Einblasen warmer Luft im Winter zuständig. Das gemeinsame Element beider Systeme ist das Kältemittel, das je nach Betriebsart Wärme aus der Heizung bezieht oder im Kühler gekühlt wird. Die Umwälzung des Kältemittels bei hohen Drücken von bis zu 17 bar wird von einem über einen Keilriemen angetriebenen Kompressor betrieben, der wiederum den Antrieb von einer Riemenscheibe an der Motorkurbelwelle überträgt. Im Kühlsystem tritt das Kältemittel in einen Kondensator ein, der durch einen Luftstrom oder ein Gebläse gekühlt wird, und wechselt von einem gasförmigen in einen flüssigen Zustand. Von hier aus wird die Flüssigkeit zu einem Entfeuchter und dann zu einem Expansionsventil befördert, wo sie sich in ein Gas von -4 °C verwandelt. Es kühlt dann den Verdampfer, durch den die in den Innenraum geblasene Luft strömt. Im Heizbetrieb hingegen entzieht dasselbe Kältemittel dem Motor die Wärme und überträgt sie auf das Heizelement, das die durchströmende Luft erwärmt. Ein vom Motor angetriebenes Gebläse sorgt dafür, dass die gekühlte oder erwärmte Luft in den Innenraum geblasen wird. Wenn Sie die Funktionsweise der Klimaanlage in einem Auto mit Verbrennungsmotor kennen, ist es einfacher zu verstehen, wie sie in einem Elektroauto funktioniert.
Klimaanlage in einem Elektroauto – worin liegt der Unterschied?
Der Elektromotor gibt zwar keine Wärme ab, aber das bedeutet nicht, dass es im Auto keine Heizung gibt. Die Funktionsweise der Kühl- und Heizsysteme in Elektroautos unterscheidet sich eigentlich nicht wesentlich von derjenigen in Verbrennungsautos. Der grundlegende Unterschied ist die Stromquelle für den Kompressor. In diesem Fall ist es nicht die Kurbelwelle, sondern die Batterien für Elektroautos. Die Kompressoren in E-Fahrzeugen haben einen eigenen eingebauten Elektromotor, einen Wechselrichter, der den Gleichstrom aus der Batterie in Wechselstrom umwandelt, und einen Abscheider, der das Öl des Kompressors vom Kältemittel trennt. Zu den Vorteilen eines Systems, bei dem der Kompressor direkt von der Batterie gespeist wird, gehört die Möglichkeit, die Klimaanlage bei stehendem Fahrzeug und ausgeschaltetem Motor zu betreiben. Die neuen Elektroautos verfügen auch über ein Heizsystem auf der Basis einer Wärmepumpe, das ein wenig an die für die Heizung von Häusern verwendeten Split-Klimageräte erinnert. Die Luft-Luft-Wärmepumpe kann sowohl im Heiz- als auch im Kühlmodus arbeiten. Im Heizmodus wird die erzeugte warme Luft direkt in den Innenraum geblasen, während sie im Kühlmodus zu einem Kondensator, gefolgt von einem Entfeuchter, einem Expansionsventil und einem Verdampfer geleitet wird. Die Wärmepumpe wird außerdem von einer Lithium-Ionen-Batterie über einen Wechselrichter betrieben.
Wie wird der Innenraum eines Elektroautos beheizt?
Das Einschalten der Heizung im Auto erhöht die erforderliche Energie für den Antrieb des Kompressors, was bei Elektroautos dazu führt, dass die Batterie schneller entladen wird. In Anbetracht der geringen Anzahl von Schnellladegeräten und der längeren Ladezeit der Batterien bei kaltem Wetter scheinen BEVs nur für Fahrten in der Stadt eine sinnvolle Option zu sein, vorausgesetzt, Sie haben eine eigene Ladestation zu Hause. Es gibt jedoch Möglichkeiten, den Stromverbrauch von Elektrofahrzeugen und Hybridautos im Winter in Grenzen zu halten. Heizen Sie zunächst den Innenraum des Autos vor, bevor Sie losfahren. Schließen Sie es am besten an ein Ladegerät an oder, falls dies nicht möglich ist, stellen Sie es an einen sonnigen Ort. Zum anderen ist es ratsam, beim Fahren einen Sparmodus zu aktivieren, der den Energieverbrauch der verschiedenen Systeme auf ein Minimum herabsetzt. Wenn das Auto mit einer Sitz- und Lenkradheizung ausgestattet ist, können Sie die Innentemperatur auf die niedrigste Stufe einstellen oder sich dafür entscheiden, das Auto nicht zu beheizen. Der Energieverbrauch für die Erwärmung des Innenraums hängt jedoch nicht nur von einem geschickten Energiemanagement, der Fahrgeschwindigkeit und der Betriebstemperatur der Batterie ab, sondern auch von der Art der Heizung und einer entsprechenden Isolierung des Fahrzeuginneren.
Einsatz eines Heizlüfters
Es gibt verschiedene Arten von Heizungen in Elektroautos, aber die gängigste ist wohl eine mit einem Gebläse verbundene Elektroheizung. Obwohl die Leistung solcher Heizungen meist nur 2 bis 4 kW beträgt, beschleunigen sie bei Temperaturen unter dem Gefrierpunkt das Entladen der Batterie erheblich. Wie lange die Batterie eines Elektroautos im Winter durchhält, ist sogar in der Praxis getestet worden. Von der American Automotive Association durchgeführte Tests haben gezeigt, dass sich die durchschnittliche Reichweite eines Elektroautos bei Temperaturen unter -7°C im Vergleich zu optimalen Bedingungen von 24°C um bis zur Hälfte verringert. Bei warmen Wetterverhältnissen tritt dieses Problem nicht auf, aber z.B. in Nordeuropa oder Amerika, wo es manchmal sehr strenge Winter gibt, kann der Einsatz einer solchen Heizung im Auto lange Fahrten außerhalb der Stadt unmöglich machen.
Vor- und Nachteile einer Wärmepumpe im Auto
Die Wärmepumpe ist eine zunehmende Art der Heizung in Elektroautos. Durch die richtige Komprimierung und Ausdehnung des Heizmediums kann die von außen entnommene freie Wärmeenergie zur Beheizung des Fahrgastraums genutzt werden. Tests unter winterlichen Bedingungen haben gezeigt, dass dies weniger Energie benötigt als eine herkömmliche Anlage mit einer elektrischen Heizung, allerdings nur innerhalb eines bestimmten Außentemperaturbereichs. Bei Temperaturen zwischen 0 und 10°C verbraucht die Wärmepumpe schätzungsweise etwa 1 kW Energie und spart somit 1-2 kW pro Betriebsstunde. Bei niedrigeren Temperaturen ändert sich das Verhältnis zu Ungunsten der Wärmepumpe. Es wird auch oft betont, dass eine Wärmepumpe nur dann eine gute Lösung ist, wenn das Auto im Stadtverkehr eingesetzt wird und über eine Batterie mit relativ geringer Kapazität verfügt. Wenn das Auto längere Strecken zurücklegen soll, ist es kostengünstiger, in ein Modell mit einer größeren Batterie und einem System zu investieren, das auf einem herkömmlichen Widerstandsheizgerät basiert.
Hochspannungsheizung – was ist das und wie funktioniert sie?
Die Hochspannungsheizung (HVH) hat eine kompakte Größe und wiegt nur 2,7 kg, ist aber dennoch hocheffizient. Im Gegensatz zu Wärmepumpen basiert diese Technologie auf einer Wasserheizung und nicht auf einer Luftheizung. Es kann sowohl zur Aufrechterhaltung einer angenehmen Temperatur im Fahrgastraum als auch zum Vorheizen oder Kühlen des Triebwerks verwendet werden. Die HVH ist für einen breiten Versorgungsspannungsbereich von 100 bis 450 V geeignet und hat eine maximale Heizleistung von bis zu 7 kW. Der hohe Wirkungsgrad dieser Lösung macht sie für den Einsatz in großen Fahrzeugen wie Lastwagen und Bussen geeignet. Die gebräuchlichste Anwendung dieser Technologie ist die elektrische Standheizung für das Fahrerhaus, die in Lastkraftwagen eingesetzt wird, aber sie funktioniert auch erfolgreich in Personenkraftwagen. Bei der Entwicklung von Autos geht es zunehmend darum, all diese Technologien in verschiedenen Kombinationen miteinander zu verbinden oder möglichst umfassende Lösungen einzusetzen, um einen größeren Nutzen zu erzielen.
Isoliermaterialien und die Reichweite eines Elektroautos
Ein sehr wichtiger Aspekt im Hinblick auf die Aufrechterhaltung einer angenehmen Temperatur im Fahrzeuginneren ist nicht nur die wirksame Erzeugung von Wärme oder Kälte, sondern auch die Speicherung der Wärme dort, wo sie benötigt wird. In dieser Hinsicht sind Automobilteile aus geschäumtem Polypropylen (EPP), das sich durch hervorragende Wärmedämmung, Stoß- und Verformungsfestigkeit sowie minimales Gewicht auszeichnet, perfekt geeignet. Für die Herstellung von Autositzen hat sich EPP bereits zu einem bevorzugten Werkstoff entwickelt, der weit verbreitet ist. Er wird unter anderem zur Herstellung von Sitzfüllungen, Kopfstützen, Armlehnen oder Autotürverkleidungen bis hin zu Karosserieteilen für die passive Sicherheit eingesetzt. Die hervorragende Formbarkeit und die elektrischen Eigenschaften dieses Werkstoffs haben auch zu seiner Verwendung bei der Herstellung von Batterien für Elektroautos geführt. Die daraus gegossenen Batteriekomponenten schützen die empfindlichen Zellen vor extremen Temperaturen, Überspannungen und mechanischen Schäden. So lassen sich die Reichweite und die Sicherheit von Elektroautos in vielerlei Hinsicht erhöhen.