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Forschungsprojekt Coolev

Wer ein Elektroauto kauft, m?chte sicher sein, dass er beim ?Tanken“ auf langen Strecken m?glichst wenig Zeit verliert. Die Schnellladef?higkeit stellt deshalb ein zentrales Element auf dem Weg zur Langstreckentauglichkeit und somit zur Kundenakzeptanz von Elektrofahrzeugen dar. Das Projekt ?CoolEV“ leistet hier durch die Entwicklung eines innovativen Kühlsystems für Ultraschnellladeprozesse einen wesentlichen Beitrag.

Der Fokus liegt auf der Entwicklung eines ganzheitlichen Systems, das eine system- und fahrzeugseitige Kühlung vorsieht und gleichzeitig eine Verwertung der beim Schnelladen entstandenen Abw?rme erm?glicht. Hierdurch soll ein nutzergerechtes Schnelladen von bis zu 400 kW Gleichstrom m?glich und die Gesamtenergiebilanz von Elektrofahrzeugen deutlich gesteigert werden.

Ausgangslage

Der Marktforderung nach Elektrofahrzeugen mit mehr Reichweite und kürzeren Ladezeiten wird in naher Zukunft zunehmend durch schnellladef?hige Langstreckenfahrzeuge und die entsprechende Ladeinfrastruktur erfüllt. Die vor wenigen Jahren als Schnellladen bezeichnete Ladeleistung von 50 kW wurde inzwischen, zumindest was den Ausbau der Infrastruktur betrifft, mehrfach übertroffen.
Ein Schnellladen mit bis zu 400 kW Gleichstrom ist mit neuen Batteriekonzepten m?glich, allerdings liegen die Ladeverluste bei bis zu 40 kW. Um die dadurch entstehende Verlustw?rme aus dem Fahrzeug abzuführen, ist ein Kühlsystem erforderlich, das für eine wirtschaftliche Serienanwendung nach aktuellem Stand zu gro?, zu schwer und zu teuer ist. Um die Ladezeiten weiter zu reduzieren bzw. bei gr??eren Batterien die Ladezeiten zumindest auf dem heutigen Niveau halten zu k?nnen, sind weitere Forschungen notwendig.

Projektidee

Das Forschungsprojekt CoolEV untersucht zukünftige M?glichkeiten und Grenzen des Schnellladens hinsichtlich W?rmeabfuhr, Effizienz, Nutzerfreundlichkeit und Wirtschaftlichkeit. ?ber eine ganzheitliche Betrachtung, die die unterschiedlichen Anforderungen der einzelnen Komponenten auf Fahrzeug- wie auf Ladeinfrastrukturseite berücksichtigt, soll ein innovatives Kühlsystem entwickelt werden.
Dabei soll ein Teil der erforderlichen Kühlleistung über eine spezielle Thermoschnittstelle vom Fahrzeug zur Lades?ule verlagert werden, denn dort lassen sich leistungsst?rkere Kühleinheiten deutlich leichter integrieren. Eine gro?e Herausforderung sind hier die unterschiedlichen Anforderungen von Batterie, E-Antrieb und Leistungselektronik bezüglich Durchflussmenge und Temperaturniveau des Kühlmediums. Die einzelnen Komponenten müssen entsprechend ihres individuellen Bedarfs gekühlt werden.
Auch die Verwertung der beim Schnellladen entstehenden Abw?rme soll erm?glicht werden. Durch die Verbesserung der Gesamtenergiebilanz von Elektrofahrzeugen k?nnte damit ein entscheidender Beitrag zur Wettbewerbsf?higkeit, Wirtschaftlichkeit und Marktdurchdringung zukünftiger Elektrofahrzeuge geliefert werden.

Ziele

Das Forschungsprojekt CoolEV verfolgt das Ziel, ein nutzergerechtes Ultraschnellladen mit bis zu 400 kW durch effiziente und wirtschaftliche Kühlsysteme zu erm?glichen. Dies soll über zwei Ansatzpunkte gelingen:
Gesamthaftes Fahrzeugkühlungskonzept: Batterie, E-Antrieb und Leistungselektronik sollen über einen gemeinsamen Kreislauf mit einem nichtleitenden Kühlmittel direkt gekühlt werden.
Verbesserte Gesamtenergiebilanz: Durch die Nutzung der beim Schnellladen entstehenden Abw?rme wird die Gesamtenergiebilanz von Elektrofahrzeugen verbessert. Hierfür soll ein Konzept inklusive Gesch?ftsmodell und Ladelogistik entstehen.

Praxisanwendungen

Innerhalb der Projektlaufzeit entsteht zum einen ein Demonstratorfahrzeug mit optimierter Kühlung der Batterie und der elektrischen Antriebskomponenten. Zum anderen wird über eine prototypische Ladeinfrastruktur simuliert, wie sich die beim Schnellladen entstandene Verlustw?rme nutzen l?sst.
Die Forschungsergebnisse dienen als Grundlage für die Weiterentwicklung langstreckentauglicher Batteriekonzepte zur Serienreife. Vor allem für Fahrzeuge aus dem Premiumsegment, aber auch für die Elektrifizierung im Nutzfahrzeugsegment haben diese Konzepte h?chste Relevanz.
Erkenntnisse flie?en in die Lehre ein
Der Esslinger Projektleiter Prof. Dr. Alexander Müller: ?Die Ergebnisse werden wissenschaftlich verwertet, indem die Erkenntnisse einer breiten ?ffentlichkeit durch Beitr?ge bei Tagungen und Veranstaltungen zur Verfügung gestellt werden. Unsere Erkenntnisse flie?en zudem in die Lehre ein und tragen damit zur Aktualit?t von Lehrveranstaltungen in der Fakult?t bei.“


Konsortium

Dr. Ing. h.c. F. Porsche AG (Konsortialführer), Institut für Fahrzeugtechnik Stuttgart (IFS), Hochschule Esslingen, Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung (ZSW), HYDAC COOLING GmbH


Ansprechpartner Hochschule Esslingen

Prof. Dr. Alexander Müller

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