Konzepte der effizienten Innenraumbeheizung in Abhängigkeit der Antriebselektrifizierung

Mit zunehmender Elektrifizierung des Antriebsstrangs rückt auch eine effiziente Innenraumbeheizung in den Betrachtungsmittelpunkt, nachdem die vormals ohnehin anfallende Abwärme des Verbrennungsmotors nur noch eingeschränkt oder überhaupt nicht mehr zur Verfügung steht. Zielsetzung dieser Arbeit ist, unter Berücksichtigung von Betriebsstrategie und instationärer Betrachtung von Innenraum und Antriebsstrang, Effizienzmaßnahmen anhand von Kriterien wie Kraftstoffverbrauch, elektrische Reichweite und Klimakomfort zu bewerten. Daraus folgen neue Konzeptansätze zur Optimierung der Energieeffizienz für jedes Antriebskonzept. Unterschieden wird dabei zwischen Plug-in-Hybridfahrzeug (PHEV), Hybridfahrzeug (HEV) und Elektrofahrzeug (BEV). Die Modelle der Gesamtfahrzeugsimulation wurden in zahlreichen Messkampagnen anhand von Aufbauten am Komponentenprüfstand und Fahrzeugen im Klimawindkanal erstellt und validiert. Für PHEVs werden Effizienzmaßnahmen wie Teilumluftbetrieb, Abgaswärmeübertrager, Wärmespeicheransätze und Wärmepumpenkonzepte unter Berücksichtigung der Wechselwirkungen mit der PHEV-Gesamtfahrzeugbetriebsstrategie analysiert. Daraus wird ein neues Wärmepumpensystem abgeleitet, welches die Möglichkeit bietet, den Verbrennungsmotor sowohl mittels Umgebungswärme aufzuwärmen, als auch die gespeicherte Wärme als Wärmequelle zur Innenraumbeheizung auf jedem Temperaturniveau zu nutzen. Für HEVs bietet insbesondere ein Abgaswärmeübertrager Potenzial zur signifikanten Steigerung der Gesamtenergieeffizienz. Für BEVs zeigt neben den Effizienzsteigerungen durch Abwärmenutzung und Wärmepumpe ein neuer Ansatz, wie ein el. Zuheizer auch bei niedrigen Außentemperaturen vermieden werden kann, indem zusätzliche Abwärme an Elektromotor und Leistungselektronik erzeugt wird.