Netzintegration von Fahrzeugen mit elektrifizierten ... - JUWEL

5. Trends in der Elektrifizierung des Antriebsstrangs von Fahrzeugen und deren Nutzung
5.3.2.3 Elektrische Nebenverbraucher
Energie muss im Fahrzeug nicht nur für den Antrieb, sondern auch für die Versorgung diverser
Nebenverbraucher wie Licht, Klimaanlage, Servolenkung, Heizung usw. bereitgestellt
werden. Im verbrennungsmotorisch angetriebenem Fahrzeug werden diese Nebenverbraucher
entweder direkt über eine mechanische Anbindung des Verbrauchers an die Kurbelwelle
mittels Riementrieb (z.B. Klimakompressor, Hydropumpe) angetrieben, oder mit elektrischer
Energie versorgt, die wiederum mittels durch die Kurbelwelle angetriebener Lichtmaschine
erzeugt und in einer Bleibatterie gespeichert wird. Bei Nfz werden zusätzlich Luftpresser
eingesetzt, die die Druckluftanlage versorgen und ebenfalls von der Kurbelwelle aus
angetrieben werden. Im Falle von Elektrofahrzeugen muss diese Energie der Traktionsbatterie
entnommen werden. Ein Klimakompressor wird im Falle eines Elektrofahrzeugs folglich
elektrisch angetrieben. Auch die Vakuumpumpe des Bremskraftverstärkers muss elektrisch
angetrieben sein.
Aus diesem Grund handelt es sich bei vielen der Nebenverbraucher um Neu- bzw. Weiterentwicklungen.
Eine bedarfsgerechte Steuerung der Nebenverbraucher ist durch den elektrischen
Antrieb vergleichsweise einfach zu realisieren. Viele elektrische Nebenverbraucher
wie Licht, Scheibenwischer usw. können aus dem konventionellen Fahrzeug übernommen
werden, sie sind jedoch auf einen Gleichstromumrichter angewiesen, der die Hochspannung
aus der Traktionsbatterie in eine Gleichspannung auf niedrigem (12V) Niveau wandelt. Die
Verbraucher werden vornehmlich aus der Traktionsbatterie gespeist.
Ein großes Problem des Elektrofahrzeugs stellt die Klimatisierung des Fahrzeuginnenraums
dar. Während im konventionell angetriebenen Fahrzeug die Abwärme des Verbrennungsmotors
für die Heizung des Innenraums verwendet werden kann, muss im Elektrofahrzeug auf
eine eigens dafür entwickelte Heizung zurückgegriffen werden. Im Falle von PTC (Positive
Temperature Coefficient) Heizelementen sind Leistungen von 3kW (Mini E) bis 4kW (Smart
ED) durchaus üblich. Die Heizung des Citroen C-Zero benötigt sogar eine elektrische Leistung
von 5kW. Ein dauerhafter Betrieb solch einer Heizung beansprucht viel Energie und
beeinträchtigt stark die Reichweite. Aktuell gibt es daher zahlreiche Bemühungen, den Energiebedarf
für die Innenraumklimatisierung zu senken. Untersucht werden dabei alternative
Heizkonzepte wie Wärmepumpen aber auch die ganzheitliche Optimierung der Energiebilanz
von Elektrofahrzeugen durch Abwärmenutzung und Dämmung. Bei Wärmepumpen liegt die
Leistungszahl deutlicher über eins, sodass im Vergleich zu PTC-Heizern der Endenergiebedarf
reduziert werden kann. Unabhängig von den Quellen für Wärme bzw. Kälte, kann durch
verbesserte Wärmedämmung und Management der Zu- und Abluft der Energiebedarf reduziert
werden. Durch eine Vorkonditionierung des Innenraums während des Ladens am
Stromnetz ist es möglich, auf Kurzstrecken gänzlich auf eine aktive Heizung und Kühlung zu
verzichten. Auf längeren Strecken kann die geringe Abwärme des elektrischen Antriebsstrangs
genutzt werden um die Wärmeverluste der Fahrzeugkabine zu kompensieren. Simulationen
am Fachgebiet Kraftfahrzeuge der TU Berlin haben eine Heiz- und Kühlleistung von
jeweils 2 kW (im Vergleich zur derzeit 4 kW Kühlleistung und 10 kW Heizleistung bei konventionellen
Fahrzeugen) als realistisches Ziel für Purpose Design BEV ergeben [Schüppel et
al., 2011].
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