Im Winter: Mit Folienheizung mehr Reichweite für Elektroautos
Größtes Manko von Elektrofahrzeugen ist ihre mickrige Reichweite. Im Sommer lässt sich noch locker darüber hinweg lächeln. Im Winter hingegen braucht die elektrische Heizung viel Strom und die Reichweite wird noch geringer. Auf der IAA in Frankfurt zeigen Fraunhofer-Forscher, womit E-Autofahrer weiter kommen, ohne frieren zu müssen.
Im Winter heißt es für manche Fahrer von E-Autos, die richtige Entscheidung treffen: Mit Heizung fahren reduziert die Reichweite, ohne wird es kalt.
Foto: Opel
Es wirkt so lässig, wenn Fahrer der leisen und nicht stinkenden Elektroautos im Sommer bei geöffnetem Fenster ihren Arm entspannt von der Sonne umschmeicheln lassen. Und keinen weiteren Gedanken an die Reichweite verschwenden. Doch der nächste Winter kommt, das ist mal sicher. Der Fahrer eines konventionellen Autos mit Verbrennungsmotor dreht dann ganz entspannt die Heizung auf, denn der Motor liefert Abwärme im Überfluss.
Im Winter kostet die Elektroheizung enorm viel Reichweite
Der Fahrer eines Elektroautos aber wird eher nervös, wenn er die Heizung aufdreht. Grund: Die Reichweite sackt drastisch in den Keller, Motor und Heizung müssen sich den Strom aus der Batterie teilen. „Im ungünstigsten Fall kann man mit dem Auto dann nur noch die halbe Strecke fahren wie sonst“, verdeutlicht Serhat Sahakalkan, Projektleiter am Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA in Stuttgart.
„Im Bereich der Armlehne in kürzester Zeit eine angenehme Wärme“
Abhilfe soll nun eine Flächenheizung auf Folienbasis schaffen, die Forscher am IPA entwickelt haben. Diese sorgt im Elektrofahrzeug schnell für wohlige Wärme und soll vor allem auf kurzen Fahrten effektiver sein als bisherige Elektroheizungen. Die IPA-Wissenschaftler haben dafür eine Folie mit leitfähigen Kohlenstoffnanoröhren beschichtet.
Flexible Heizschicht auf Karbonfolie: Auf der Internationalen Automobil-Ausstellung IAA vom 17. bis zum 27. September 2015 in Frankfurt wollen die IPA-Wissenschaftler einen ersten Demonstrator ihrer Folienheizung vorstellen.
Quelle: Fraunhofer IPA
„Die Folie wird auf die innere Türverkleidung aufgeklebt und erzeugt dort im Bereich der Armlehne in kürzester Zeit eine angenehme Wärme“, erklärt Sahakalkan. Der Stromfluss aus der Batterie stößt zwischen den einzelnen Nanopartikeln auf einen natürlichen Widerstand. Durch diese Zusammenstöße entsteht die wohlige Wärme am Arm.
Kupferdrahtbasierte Heizungen sind recht sperrig
Nun ist das Prinzip dieser Widerstandsheizungen nicht neu und wird in vielen Elektroautos eingebaut. Dabei ist das leitfähige Material aber in der Regel Kupferdraht, was solche Heizungen recht sperrig macht. Die Folienheizung der IPA-Forscher hingegen ist nur nur wenige Mikrometer dick und besteht aus leitfähigem Material. Das geringe Gewicht spart Energie und Kosten. Kupferdrahtbasierte Heizsysteme können durch winzige Brüche im Metall zudem leicht ausfallen. Die Folienheizung steckt punktuelle Defizite einfach weg.
Wärme verteilt sich homogen über die gesamte Folienfläche
Weil die Kohlenstoffnanoröhren nur über eine sehr geringe Wärmespeicherkapazität verfügen, wird die erzeugte Wärme sofort an die Umgebung abgegeben. „Diese schnellen Reaktionszeiten sind gerade für kurze Strecken wie Stadtfahrten ideal“, betont Sahakalkan. Ein weiterer Vorteil: Die Wärme verteilt sich homogen über die gesamte Folienfläche, was sich äußerst positiv auf den Wirkungsgrad auswirkt. Drahtbasierte Heizsysteme hingegen erzeugen Hotspots, die zu Energieverlusten führen.
In Zukunft Dispersion direkt auf die Autobauteile aufsprühen
Das Aufbringen der Folie auf die gewölbte Türverkleidung bringt allerdings auch Probleme mit sich. Um diese zu umgehen, unterteilen die Wissenschaftler die Folie in kleine Module, die sie dann abschnittsweise auf die Türverkleidung kleben. „An den Wölbungen entstehen leicht Falten, was den Abstand der Elektroden zueinander verändert. Dann wäre keine homogene Wärmeverteilung mehr gewährleistet“, erläutert der Projektleiter.
Um die Heizwirkung der Folien für Pkw zu analysieren, schlossen die Forscher sie an eine Spannungsquelle an und beobachteten sie mit einer Thermokamera.
Quelle: Fraunhofer IPA
Das Ziel der Wissenschaftler: Sie wollen ihr Verfahren vereinfachen und die Dispersion mit den winzigen Kohlenstoffnanoröhren direkt auf die entsprechenden Autoformteile aufsprühen. Sahakalkan: „Dies würde den Herstellungsprozess deutlich wirtschaftlicher machen – gerade auch im Vergleich zu drahtbasierten Lösungen.“
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