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Thermomanagement von Webasto

Workshop zum Thermomanagement in Elektrobussen

Webasto Thermo & Comfort SE

Dr. Klaus Schreiber

Bremen, 05. Dezember 2017

Ein dezidiertes Produktportfolio für E-Mobility im Bereich der Thermo- sowie Batteriesysteme und Ladelösungen von Webasto

Sunroofs & Components Convertibles Thermo & Comfort E-Solutions &

Services

Sunroofs / Panorama Roofs Cabrio Dächer Heiz-, Kühlsysteme Batterie Systeme /

Ladelösungen

Webasto Group

Mechatronics Competence Center / Webasto Mechatronics Entwicklung und Produktion von elektronischen Komponenten

3 05.12.2017 Thermomanagement von Webasto; Dr. Klaus Schreiber © Webasto

Wir stellen uns dem Thema „Effiziente Beheizung von E-Bussen“

Motivation: Reichweitenreduzierung durch elektrische Beheizung

als zentrales Thema in der Elektrifizierung von Bussen Fragen im Fokus der Betrachtung: Ist eine fossile Heizung im E-Bus zukünftig noch

erstrebenswert?

Welche Lösungsansätze gibt es zu Heizen?

Welche Möglichkeiten gibt es, das System zu optimieren?

Wie viel zusätzliche Reichweite kann ein effizientes Heizsystem bringen?


Die traditionellen Auslegungen des Fahrbetriebs sind bei Berücksichtigung der Komfortverbraucher schwer zu erhalten …

Kein Einfluss auf Reichweite

Garantie des gewohnten

Komforts

Kein Fahrbetrieb ohne

Emissionen

Zusätzlicher Diesel-Tank

Komplexität

Keine Nutzung der Batterie-

kapazitäten für Kühlen

Keine Emissionen

Zukunft: Neue Batteriesysteme

werden die Machbarkeit

unterstützen

Heute: Stärkster Einfluss auf die

Reichweite

Reduzierter Einfluss des

Heizens auf die Reichweite

Verbesserung der

Notlaufeigenschaften

Emissionen ab Temperaturen <

-10 °C

Zusätzlicher Tank (HVO)

Komplexität

Charge the Future – step by step!

5

Diesel Heizung

Rein elektrisches Heizsystem Hybrides Heizsystem

...aber das Ziel muss rein elektrische Lösung ohne Emissionen und ohne größere Komforteinbußen sein!

05.12.2017 Thermomanagement von Webasto; Dr. Klaus Schreiber © Webasto

Das Hybride Heizsystem kann die Brückentechnologie zur Reichweitensteigerung von E-Bussen sein.

Kühlen

Hybrides Heizsystem Rein elektrisches Heizsystem

Fahrbetrieb

Unterstützendes Heizsystem in

Extrembedingungen

Heizen

Fahrbetrieb

Kühlen

&

Kühlen

Gesamtbatteriekapazität

Optimale Nutzung der Batteriekapazität im Winter wie im Sommer

Fahrbetrieb Elektrisch

Heizen

Kühlen

Optimale Nutzung des elektrischen Heizers

Systemintegrierte elektrische Heizung und Wärmepumpe

Elektrisch Heizen

&


Kraftstoffbasiertes Heizen

Elektrisch Heizen

&

Das Thermomanagement kann unterschiedlich realisiert werden…

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Heizschicht (HVH) PTC

Heizschicht (HVH)

Wasser Luft Wärmepumpe E-Heizer

Wärmeübertragung System Vergleich Technologie Vergleich

Komfort

Regelbarkeit

Speicherfähigkeit

Restwärmenutzung

Crash Sicherheit

…

Coefficient Performance (COP)

Sicherheit

Reichweite

Leistungsfähigkeit

Preis

Effizienz

Leistungsfähigkeit

Voltbereich

Modularität

Steuerbarkeit

…

Wasser Kombination


… mit einer auf Wasserkreisläufen basierenden Kombination von Wärmepumpe & HVH kann Sicherheit & Komfort garantiert werden!

…

Die Optimierung des Heizkonzepts kann in mindestens sechs Bereichen identifiziert werden …

1. Modulares Heizkonzept

2. Anpassung der Innenraumtemperatur

3. Heizen mit Rekuperationsenergie

4. Kühlmittel als thermischer Speicher

5. Batterie-konditionierung

6. Effizienzsteigerung Heizsystem

Optimierungs-hebel

8

…so kann elektrische Energie gespart und die Reichweite um bis zu 20% verbessert werden!


Die Schichtheiztechnologie unterstützt fünf von sechs Optimierungshebeln

1. Modulares Heizkonzept 2. Anpassung der Innenraumtemperatur

3. Heizen mit Rekuperationsenergie

4. Kühlmittel als thermischer Speicher 5. Batteriekonditionierung 6. Effizienzsteigerung

Heizsystem

Platzsparende Module (flaches Design mit Schichttechnologie)

Reduzierung des Heizbedarfs trifft alle Heizquellen

Maximierung ηSystem durch Nutzung von Leistungspeaks

Speichern therm. Energie durch schnelle Regelung des HVH

Batteriekonditionierung durch präzise Regelung des HVH nach

Solltemperaturvorgabe (z.B. TTarget = 25°C) HVH mit 98% Wirkungsgrad

Volumenvergleich 30kW-Heizer

𝛈𝛈 =Wärme im KühlmittelElektrische Leistung


Die Kombination der Maßnahmen führt zu einer erheblichen Optimierung des Heizsystems…

Optimierungshebel

Modulares Heizkonzept

Anpassung der Innenraumtemperatur

Heizen mit Rekuperationsenergie

Kühlmittel als thermischer Speicher

Batteriekonditionierung

Effizienzsteigerung Heizsystem

1.

2.

3.

4.

5.

6.

Opportunity Charging

-

7%

6%

6%

2%

3%

16 %* 20 %*

Depot Charging

2%

7%

6%

2%

3%

-

* Systemersparnis ist nicht die Summe der Einzelbeträge, da die Maßnahmen gegenseitig wechselwirken

Reichweitenerhöhung konsolidiert:

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… und die Umsetzung eines rein elektrischen Heizsystems hat einen geringeren Einfluss auf die Reichweiten!


Reichweitenerhöhung Reichweitenerhöhung

zzgl. Wärmepumpen Effekte

zzgl. Wärmepumpen Effekte

Der Elektrobus der Zukunft verfügt über einen holistischen Ansatz der …

05.12.2017 Thermomanagement von Webasto; Dr. Klaus Schreiber © Webasto 11

Kommunikation mit Klimasystemen

Predictive Maintenance

Internet basierte Services (bspw. Vorheizen)

Zentrales Flottenmanagement

… sämtliche Energieströme im Bus überwacht und optimiert und Daten für das Flottenmanagement zur Verfügung stellt!

Die Entwicklung von Elektrobussen sollte mehr als die technischen Funktionen berücksichtigen und darf …

Technische Funktionen

Komfort & Sicherheit

Innovationen im Flotten-

management

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… auf Komfort & Sicherheit nicht verzichten zudem sollten neue Konzepte rund um das Flottenmanagement ausgeschöpft werden!


E-Bus der Zukunft

Batteriesysteme Thermomanagement Intelligente System Integration

Lösungen und Kompetenzen von Webasto

Komfortabel weiter Fahren mit der Webasto-Schichtheiztechnologie, Batteriesystemen sowie Lösungen für elektrische Fahrzeuge

Webasto Thermo & Comfort SE

Dr. Klaus Schreiber

Bremen, 05. Dezember 2017

Kühlmittel-Austritt

LV Anschluss

Kühlmittel-Eintritt

HV Anschluss

Entwicklungsziel „Maximale Effizienz“ des HVH bietet entscheidendes Optimierungspotential für Elektrobusse

Varianten: 5 kW / 7 kW / 10 kW Spannung: 400V / 800V Gewicht: 2,0 kg / 2,7 kg Effizienz: 98 % Regelung: Stufenlos

Zahlen und Fakten zum Hochvoltheizer (HVH)

Leichter, kleiner und effizienter als derzeitige elektrische Heizer im Bus

Thermomanagement von Webasto; Dr. Klaus Schreiber © Webasto

Aufbau der Heizschicht

Kühlmittel

Wärmeübertrager

Heizschicht

T [°C]

TWärmeübertrager

THeizelement Stoffschlüssige Verbindung

Heizelement Wärmeübertrager Kühlmittel

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