Thermisches Systemdesign für batterieelektrische Landmaschinen

Abstract

Die zunehmende Nutzung batterieelektrischer Antriebssysteme in Landmaschinen der unteren Leistungsklassen erfordert Lösungen zur Optimierung der Energieeffizienz. Dies stellt komplexe Herausforderungen an das Energiemanagement und die thermische Regelung der Fahrzeuge dar. Neben der Steigerung der Gesamteffizienz durch die Weiterentwicklung des elektrisch-mechanischen Antriebsstrangs gewinnt vor allem das thermische System an Bedeutung. Durch die Nutzung von Abwärme lässt sich der elektrische Energiebedarf für die Klimatisierung der Fahrzeugkabine und die Konditionierung der Traktionsbatterie reduzieren, was die Einsatzdauer erhöhen kann.
In diesem Beitrag wird ein Ansatz zur Auslegung und Umsetzung thermisch-hydraulischer Systemarchitekturen für batterieelektrische Landmaschinen vorgestellt. Ein Schwerpunkt der Untersuchung liegt auf der Integration von Standardfahrzeugkabinen, wie sie in verbrennungsmotorisch angetriebenen Maschinen verwendet werden. Dadurch wird vermieden, dass weitere Varianten im Produktportfolio der Kabinen erforderlich sind. Da diese Kabinen für hohe Wassereingangstemperaturen von etwa 90 °C ausgelegt sind, ergeben sich beim Einsatz in batterieelektrischen Fahrzeugen aufgrund des niedrigeren Temperaturniveaus des Komponentenkühlmediums spezifische Herausforderungen im Thermomanagement, um die Kabine bereits ab einem niedrigen Starttemperaturniveau schnell, ausreichend und effizient zu konditionieren.
Um diesen Herausforderungen gerecht zu werden, dient eine Systemarchitektur als Grundlage für die Entwicklung hybrider Betriebsmodi, die verschiedene Heizmethoden kombinieren und so eine flexible sowie energieeffiziente Temperierung von Kabine und Traktionsbatterie ermöglichen. Es wird eine experimentelle Systemarchitektur präsentiert, die es erlaubt, Kabine und Traktionsbatterie mit drei wesentlichen Heizmethoden zu konditionieren.