E-MOBILITÄT
GRUNDLAGENWISSEN ZUM ENERGIE- UND THERMOMANAGEMENT
Natürlich arbeiten auch in Elektro- und Hybridautos jede Menge elektrischer Zusatzverbraucher mit 12V Spannung
(z. B. Audio-, Autopilot- und Sicherheitssysteme, alle Motoren die nicht zum Antrieb gehören – Fensterheber, Scheibenwischer, Seitenspiegel, Lenkhilfe, Sitzmotoren, …; weiters Scheinwerfer, Innenlicht, Instrumentencluster samt Hauptdisplay, …).
Diese sind über Jahrzehnte optimiert worden und kommen jährlich in Millionen neuer Autos zum Einsatz (Verbrenner und Elektro- bzw. Hybridautos).
Klar, dass die kein E-Auto-Hersteller neu entwickeln will, zumal sie alle keine allzu großen Leistungen brauchen.
12V Stromversorgung – eine Hauptaufgabe der Bordnetzbatterie.
Das 12V Bordnetz ist also auch für Fahrzeuge mit Elektro- und Hybridantrieb gesetzt. Derzeit bewirken die Stabilität, Verfügbarkeit und das geringere Risiko, dass in fast alle Elektro- und Hybridautos für das 12V Bordnetz eine Batterie auf Blei-Säure-Basis verbaut wird.
Der Grund für eine separate 12V Bordnetzbatterie ist die Versorgung kritischer Systeme im Falle einer Unterbrechung der Hochvoltbatterie oder eines technischen Problems beim Spannungswandler. Dadurch bleiben Airbags, Bremskraftverstärker, Gurtstraffer, Notblinker, Zentralverriegelung und eine Vielzahl anderer Systeme betriebsbereit. Die Hochvoltbatterie kann durch verschiedene seltene Ereignisse abgeschaltet werden, z. B. durch einen heftigen Aufprall, interne Probleme mit der Hochvoltbatterie (z. B. bestimmte Arten von Zellfehlern), einen Schützfehler und einige andere eher unwahrscheinliche Situationen.
Aus der Mechanikerszene kommt öfters der Hinweis auf Hochvolt-Stromverbraucher.
Ja, die gibt es und diese werden direkt aus der Hochvoltbatterie mit Strom versorgt. Als Ergebnis unserer Recherchen hier die Auflistung ohne Anspruch auf Vollständigkeit.
Hochvolt-Klimakompressor
Dieser garantiert eine Fahrzeugklimatisierung selbst bei ausgeschaltetem Motor. Denn das Kältemittel muss erst verdichtet werden, um später expandieren zu können. Dann wird durch die Klimaanlage auch das Kühlmittel heruntergekühlt und es wird nur bei Bedarf Außenluft zugeführt (EAC = Electronic Air Control).
Weiters muss die Kühlung der Hochvoltbatterie - zu der die Klimaanlage oft direkt oder indirekt beiträgt - permanent sichergestellt sein. In immer mehr Automodellen (Full-Hybrid, Plug-in-Hybrid und Elektro) besteht bei entsprechender Systemauslegung die Möglichkeit, den Fahrgastraum schon vor Fahrantritt abzukühlen, indem sich der Klimakompressor mit einer Fernbedienung aktivieren lässt.
PS: In Hybridlern könnte zwar ein konventioneller Klimakompressor verbaut werden, dann müssten die Insassen aber im rein elektrischen Fahrmodus ohne Innenraumkühlung auskommen. Tja, wer will das heute noch?!
Hochvolt-Innenraum-Zuheizer
Das Grundprinzip ist bekannt vom elektrischen Heizlüfter zu Hause. Bei der Elektro-Direktheizung wird die Luft durch elektrische Heizspulen erhitzt und dann via Belüftungssystem in den Fahrgastraum abgegeben. Denn elektrische Antriebe geben wegen ihres hohen Wirkungsgrades nur wenig Verlustwärme an die Umgebung ab, es fehlt die Abwärme (Verlustwärme) eines Verbrennungsmotors für Heizzwecke!
Deshalb geht die zukünftige Entwicklung von der Standheizung hin zur Fahrheizung.
Hochvolt-Kühlmittel-Zuheizer
Das Kühlmittel wird bei zu niedrigen Temperaturen, über einen elektrischen Hochvolt-Zuheizer, erwärmt. Dieser ist direkt im Kühlkreislauf platziert. Wird die Heizung eingeschaltet, fließt Strom von der Hochvoltbatterie – nicht der 12V Bordnetzbatterie - zum Heizgerät und erwärmt den Zuheizer. Gleichzeitig schaltet sich die Umwälzpumpe des Wasserkreislaufs ein und pumpt Wasser durch das Heizgerät.
Auch als PTC-Zuheizer bekannt, ein PTC oder Halbleiter ist ein elektrisches Bauteil auf Keramikbasis mit temperaturabhängigem Widerstand, welches als Heizelement verwendet wird. Sein positiver Temperaturkoeffizient (PTC = Positive Temperature Coefficient) lässt den Strom bei niedrigen Temperaturen besser fließen als bei hohen.
PS: Dann gibt es mitunter in E-Autos noch ein mit Bioethanol betriebenes Heizgerät für die Dauerbeheizung. Denn die Klimatisierung von Fahrzeuginnenräumen kann eine Menge Energie benötigen. Würde dies im Fall der Heizung elektrisch gemacht, könnte der zusätzliche Strombedarf die Reichweite des Fahrzeugs um bis zu 30 Prozent verringern! Im Umkehrschluss ist die Bioethanol-Heizung somit ein entscheidender Reichweitenverlängerer für Elektroautos.
Nur wenige weitere Komponenten werden direkt von der Hochspannungsbatterie versorgt. Dazu gehören der/die Antriebsmotor(en) und der DC/DC-Gleichspannungswandler für 12V Strom und das Laden der 12V Bordnetzbatterie (DC = Direct Current, also Gleichspannung).
Da es bis dato keine einheitliche standardisierte Batteriespannung für Elektro- und Hybridfahrzeuge gibt, sind die Hochvolt-Stromverbraucher oft so konzipiert, dass eine Anwendung in Bereichen zwischen ca. 250 und 450V ohne Leistungsverlust möglich ist – mit einem Wirkungsgrad von bis zu 99%!
Noch kurz zum wording und um einer Begriffsverwirrung vorzubeugen.
Die Bordnetzbatterie wird umgangssprachlich auch als Auxiliary-, Backup-, Stütz-, Zusatz- oder Zweitbatterie bezeichnet.
Die Lithium-Ionen-Antriebsbatterie ist puncto wording auch als Hochvoltakku bzw. Hochvoltbatterie (HV = Hochvolt) bekannt.
Aktoren = z. B. Beleuchtungssysteme und Elektromotoren machen das Gegenteil von Sensoren. Umwandlung von Strom oder Spannung in eine andere Energieform wie Licht, Drehmoment, Bewegung, Temperatur, Druck, Schall, ...
DC = Direct Current, also Gleichspannung.
EAC = Electronic Air Control, bei E-Autos kann Energie gespart werden, indem die Klimaanlage nur bei Bedarf Außenluft zuführt. Weiters ermöglicht der Klimakompressor eine Fahrzeugklimatisierung selbst bei ausgeschaltetem Motor.
HV = HochVolt
MCU = Media Control Unit, ist eine "Medienkontrolleinheit". Der Begriff beschreibt Hardware die hinter dem Infotainmentsystem steht – also vor allem Mikroprozessoren die Infos aus einer Vielzahl von Sensoren erhalten, aber auch Speicherchips und andere elektronische Bauteile.
MCU = Micro Controller Unit, ist in der Elektronik generell ein integrierter Schaltkreis, der Gerätevorgänge und bestimmte Systeme steuert.
MCU = Motor Control Unit, ist ein als Inverter bezeichneter Bauteil, wird auch Phasenwandler, Resonanzwandler, Umformer oder Wechselrichter genannt.
PTC = Positive Temperature Coefficient, ist ein elektrisches Bauteil auf Keramikbasis mit temperaturabhängigem Widerstand, welches als Heizelement im Kühlmittel-Zuheizer verwendet wird. Sein positiver Temperaturkoeffizient (PTC) lässt den Strom bei niedrigen Temperaturen besser fließen als bei hohen.
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