Thermische Hochleistungsspeicher zur bedarfsgerechten Beheizung batterieelektrischer Omnibusse

Abstract

Um mit batterieelektrischen Omnibussen eine adäquate Reichweite ohne signifikante Komforteinbußen gewährleisten zu können, werden effiziente und kostengünstige Energiespeicher benötigt. Die heutigen elektrochemischen Energiespeicher weisen jedoch hinsichtlich der fahrzeugrelevanten Eigenschaften (Energie- und Leistungsdichte, Betriebstemperaturbereich etc.) Defizite auf. Zudem wird, je nach Witterung, ein Großteil der gespeicherten Energie für fahrzeuginterne Klimatisierungsmaßnahmen verwendet. Insbesondere bei niedrigen Außentemperaturen kann sich der Heizenergiebedarf, bei der Verwendung elektrischer Heizer, dem Traktionsenergiebedarf angleichen oder diesen gar übersteigen, woraufhin die Reichweite hohen saisonalen Schwankungen unterliegt. Mithilfe von Wärmepumpen kann die elektrische Energie aus der Traktionsbatterie (TB) bereits effizienter zur Beheizung eingesetzt werden, jedoch sinkt deren Effizienz und Leistungsfähigkeit mit der Umgebungstemperatur, sodass nach wie vor zusätzlich eine elektrische oder fossile Zusatzheizung eingesetzt werden muss. Um die TB bei der bedarfsgerechten Fahrzeugbeheizung zu entlasten und gleichzeitig der Anforderung lokaler Emissionsfreiheit gerecht zu werden, wird am Institut für Fahrzeugkonzepte des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt ein neuartiges Latentwärmespeichersystem auf Basis metallischer Phasenwechselmaterialien (mPCM) entwickelt. Die sog. Thermischen Hochleistungsspeicher (THS) zeichnen sich im Besonderen durch eine potentiell hohe Energiedichte (> 200 Wh/kg, > 300 Wh/l) sowie potentiell geringe Kosten (< 60 €/kWh) aus. Weiterhin sollen ausschließlich unbedenkliche Speichermedien, welche mit herkömmlichen Verfahren recycelt werden können, verwendet werden. THS auf Basis von mPCM können damit, je nach Einsatzszenario, eine ökonomische und ökologische Ergänzung in Bussen mit batterieelektrischen Antrieben darstellen. Dies, sowie weitere Potentiale, werden unter anderem anhand von Analysen, welche auf Messungen an Vorfeldbussen des Stuttgarter Flughafens beruhen, aufgezeigt.