Wer ein Elektroauto kauft, möchte sicher sein, dass er beim „Tanken“ auf langen Strecken möglichst wenig Zeit verliert. Ein Elektro‐PKW der Mittelklasse mit 400 km Reichweite benötigt heute 20 ‐ 30 min., um den Strom für weitere 280 km Strecke nachzuladen. Das empfinden die meisten Kunden als zu langsam. Die Schnellladefähigkeit ist deshalb eine zentrale Voraussetzung für die Langstreckentauglichkeit und die Kundenakzeptanz von Elektrofahrzeugen. Dazu leistet das Projekt „CoolEV“ durch die Entwicklung eines innovativen Kühlsystems für Ultraschnellladeprozesse einen wesentlichen Beitrag. Ein solches ganzheitliches System sieht eine system- und fahrzeugseitige Kühlung vor und ermöglicht gleichzeitig eine Verwertung der beim Schnelladen entstandenen Abwärme. Hierdurch soll ein Schnelladen von bis zu 400 kW Gleichstrom möglich, die Gesamtenergiebilanz von Elektrofahrzeugen deutlich gesteigert und die oben genannte Ladezeit verkürzt werden.

Ein solches Schnellladen erlauben neue Batteriekonzepte, allerdings liegen die Ladeverluste bei bis zu 40 kW. Um die dadurch entstehende Verlustwärme aus dem Fahrzeug abzuführen, ist ein Kühlsystem erforderlich, das für eine wirtschaftliche Serienanwendung nach aktuellem Stand zu groß, zu schwer und zu teuer wäre. Um die Ladezeiten weiter zu reduzieren bzw. bei größeren Batterien die Ladezeiten zumindest auf dem heutigen Niveau halten zu können, sind weitere Forschungen notwendig.

Projektidee & Ziele

Das Forschungsprojekt untersucht zukünftige Möglichkeiten und Grenzen des Schnellladens hinsichtlich Wärmeabfuhr, Effizienz und Wirtschaftlichkeit. Unter Berücksichtigung unterschiedlicher Anforderungen der einzelnen Komponenten auf Fahrzeug- wie auf Ladeinfrastrukturseite wird ein innovatives Kühlsystem entwickelt. Dabei soll ein Teil der erforderlichen Kühlleistung über eine spezielle Thermoschnittstelle vom Fahrzeug zur Ladesäule verlagert werden.

Die Verwertung der beim Schnellladen entstehenden Abwärme ist ebenfalls geplant. Durch die Verbesserung der Gesamtenergiebilanz von Elektrofahrzeugen könnte damit ein entscheidender Beitrag zur Wettbewerbsfähigkeit, Wirtschaftlichkeit und Marktdurchdringung zukünftiger Elektrofahrzeuge geleistet werden.

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 Verlustwärme nutzen lässt.

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 höchste Relevanz.

Forschungsbeitrag des ZSW

Die Verlagerung des Kühlsystems aus dem Fahrzeug heraus eröffnet die Möglichkeit, mittels einer Abwärmenutzung die Energieeffizienz von Schnellladevorgängen deutlich zu steigern. Insbesondere in hochfrequentierten Ladeparks beispielsweise an Autobahnraststätten werden zukünftig hohe Mengen an sinnvoll nutzbarer Wärme anfallen. Ein mögliches Szenario wäre z.B. die Bereitstellung von Heizenergie und Warmwasser für Gebäude und Waschanlagen von Rastanlagen. Deswegen entwickelt das ZSW im Rahmen des Verbundprojektes Konzepte zur Abwärmenutzung inklusive möglichen Geschäftsmodellen.

Über das Verbundprojekt CoolEV

Im CoolEV-Projekt arbeitet das ZSW mit dem Konsortialführer der Dr. Ing. h.c. F. Porsche AG, dem Institut für Fahrzeugtechnik Stuttgart (IFS), der Hochschule Esslingen und der HYDAC INTERNATIONAL GmbH zusammen. Das Vorhaben wird durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) im Rahmen des Förderprogramms „Elektro-Mobil“ gefördert.

Förderzeitraum: 01.01.2020 – 30.06.2023