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
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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?
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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!
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Diesel Heizung
Rein elektrisches Heizsystem Hybrides Heizsystem
...aber das Ziel muss rein elektrische Lösung ohne Emissionen und ohne größere Komforteinbußen sein!
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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
&
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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
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… 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
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…so kann elektrische Energie gespart und die Reichweite um bis zu 20% verbessert werden!
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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
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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!
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Reichweitenerhöhung Reichweitenerhöhung
zzgl. Wärmepumpen Effekte
zzgl. Wärmepumpen Effekte
Der Elektrobus der Zukunft verfügt über einen holistischen Ansatz der …
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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!
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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
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Backup
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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