Nachhaltigkeit aktueller Kühlkomponenten von E-Motoren

Inhaltsverzeichnis

Inhaltsverzeichnis

Abbildungsverzeichnis

1. Einleitung

2. Recherche zur Nachhaltigkeit der aktuellen Kühlkomponenten

3. Konzepte zur Erhöhung der Nachhaltigkeit

Literaturverzeichnis

Anhang

Abbildungsverzeichnis

Abbildung 1 Kühlkreislauf der Firma Hella für ein Elektrofahrzeug

Abbildung 2: Versuchsaufbau Peltiermessung

1. Einleitung

Die fortschreitende Elektrifizierung der Automobilindustrie fordert immer leistungsstärkere und effizientere Antriebe. Bei den aktuellen Antriebskonzepten mit Lithium-Ionen-Batterien hängt die Lebensdauer und die Effizienz von der Temperatur der Akkus ab. Die Temperatur kann durch den Betrieb selbst, aber auch durch äußere wetterbedingte Einflüsse, Performance-Einbußen herbeiführen. Auch die Komponenten E-Motor und Leistungselektronik sind von Wärme betroffen und müssen dementsprechend gekühlt, aber in der Regel nicht beheizt werden. Das Thermomanagement des Fahrzeugs umfasst somit mehrere Komponenten, die durch verschiedene Kreisläufe geregelt werden und auch den Fahrzeuginnenraum, welcher z.B. im Winter geheizt werden soll. Durch das Fehlen eines Verbrennungsmotors kann das Heizen des Innenraums nicht mehr durch Abwärme eines Motors gewährleistet werden, was eine zusätzliche Heizung erfordert. Bei niedrigen Außentemperaturen kann schon während dem Stand des Fahrzeugs ein elektrischer Zuheizer für das Erwärmen der Batterie verwendet werden, um eine optimale Betriebstemperatur und Wirkungsgrad zu erlangen, sofern das Fahrzeug wieder gefahren werden soll. Die Betriebstemperatur der Batterie wird möglichst zwischen 15°C und 30°C gehalten. Eine Temperatur von über 40° Celsius sollte die Batterie nicht überschreiten, was gerade bei höheren Temperaturen im Sommer schnell geschehen ist. Aus diesem Grund sind die kühlenden Komponenten wie zum Beispiel der Kompressor und der Niedertemperaturkühler in den Kreislauf der Batteriekühlung integriert. Bei unzureichender Kühlung durch den Niedertemperaturkühler kann ein sogenannter Chiller zusätzliche Kühlleistung in das Kühlmittel beisteuern. Der Chiller verwendet hierzu das Kältemittel der Klimaanlage um das Kühlmittel der Batterie noch weiter herabzukühlen. Die Steuerung der Kühlung bzw. Heizung der Batterie und weiterer Komponenten erfolgt mittels Thermostaten, Ventilen, Pumpen und Sensoren.¹²

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 1 Kühlkreislauf der Firma Hella für ein Elektrofahrzeug

In diesem Nachhaltigkeitsprojekt sollen bereits vorhandene nachhaltige Ansätze für das Thermomanagement untersucht und neue Konzepte zur Steigerung der Nachhaltigkeit entwickelt werden. Als Leitfaden hierfür gelten die 9R-Strategien.

2. Recherche zur Nachhaltigkeit der aktuellen Kühlkomponenten und deren

Bewertung

Passive Luftkühlung ist die einfachste eingesetzte Kühlung. Dabei umströmt der Fahrtwind entweder einen Wärmetauscher oder direkt die Batterie. Diese Kühlmethode hat jedoch zwei große Nachteile: Die Batterie wird immer auf die Außentemperatur gekühlt / geheizt und die meiste thermische Belastung der Batterie findet beim Ladevorgang im Stand statt und kann somit nicht durch den Fahrtwind abtransportiert werden. Dazu kommt, dass zwischen den Batteriemodulen ein gewisser Abstand eingehalten werden muss, um genügend Luft führen zu können. Diese Kühlung findet zumeist bei Hybrid-Fahrzeugen ihre Anwendung.

Bei reinen E-Fahrzeugen setzt man heutzutage Kühlsysteme basierend auf einer Kompressorkühlung ein. Diese Art der Kühlung kann prinzipiell bei mobilen und stationären Hochvoltspeichern angewandt werden. Hierbei wird ein gasförmiges Kältemittel durch einen Kompressor stark erhitzt und unter Druck gesetzt. Diese Hitze wird anschließend über einen Wärmetauscher (Verflüssiger) an die Umgebungsluft abgegeben, wodurch das Kühlmittel flüssig wird. Das immer noch unter Druck stehende Fluid wird anschließend durch ein Expansionsorgan geleitet, wobei es Druck abbauen kann, gasförmigwird und Verdunstungskälte entsteht. Das nun unter Umgebungstemperatur liegende Kältemittel kann so über einen weiteren Wärmetauscher (Verdampfer), der mit dem Kühlmittel der Batterie umspült wird, die Energie aus dem Batteriekühlkreislauf aufnehmen und diesen runterkühlen. Anschließend wird das Gas wieder komprimiert und der Vorgang beginnt von Neuem. Um den Wärme- / Kälte-Strom zur Batterie zu transportieren, werden verschiedene Verfahren angewendet. Entweder das Batteriepaket wird mittels Immersionskühlung in den Kreislauf eingebunden oder es kommen durchströmte Kühlprofile zum Einsatz. Bei der Immersionskühlung werden die Batteriezellen in einer Kühlflüssigkeit tauchgekühlt. Diese Kühlflüssigkeit darf nicht brennbar oder leitend sein und darf nicht aus der Batterie austreten, da sie die Umwelt stark belastet. Demgegenüber werden auch Kühlprofile die mit Kühlflüssigkeit durchströmt werden eingesetzt. Dabei gibt das Kühlmittel die Kälte an das Kühlprofil ab, welches wiederum die Batteriezellen umschließt und diese abkühlt.

Oft kann mit diesen getrennten Kühlkreisläufen ebenfalls der Innenraum der Fahrgastzelle gekühlt oder durch die Abwärme der Batterien beheizt werden (RI Rethink).

Alternativ kann mittels Verdampfungskühlung gekühlt werden, wie es schon heute bei Serverkühlungen in großen Rechenzentren angewendet wird. Dabei umschließt die zu verdampfende Kühlflüssigkeit wie bei der Immersionskühlung die einzelnen Batteriezellen. Der Siedepunkt kann durch die Wahl der Kühlflüssigkeit eingestellt werden, sodass bei Erhitzung der Batteriezellen das Kühlmittel zu verdampfen beginnt und die Zellen konstant auf Verdampfungstemperatur hält, bis das gesamte Kühlmittel verdampft ist. Die Wärmekapazität des Kühlmittels bildet somit einen Wärmespeicher / -puffer der beispielsweise beim Laden der Batterie genutzt werden kann. Bei der darauffolgenden Fahrt mit dem Fahrzeug kann die Wärme im Kühlmittel durch den Fahrtwind abtransportiert werden, das Kühlmittel kondensiert wieder und kann beim nächsten Ladevorgang wieder verdampfen.

(https://patentimages.storage.googleapis.com/c5/28/e3/dae0c245d8199d/DE102013017396Al.pdf)

Verwendete Materialien:

Die für den Wärmetransport nötigen Wärmetauscher oder Kühlrippen werden aus Aluminium hergestellt. Hierbei ist nicht erwähnt, ob es sich um bereits recyceltes Aluminium handelt. Der Abbau von zur Aluminiumherstellung notwendigen Stoffen ist zwar umstritten, das Material kann jedoch fast vollständig recycelt werden, weshalb hier Nachhaltigkeitspotential besteht (R8 Recycle)!

Einen weiteren Hauptanteil an Materialien stellt das Kühlmittel dar. Hier wird bei getrennten Kreisläufen i.d.R. ein Gemisch aus Wasser und Glykol (Frostschutzmittel) für den Batteriekreislauf und die gängigen Kältemittel wie R410a für den separaten Wärmepumpenkreislauf verwendet. Gerade R410a wird als Treibhausgas eingestuft und ist in hohem Maße umweltschädlich. In der Klimatechnik wird bereits auf Kältemittel wie R290 zurückgegriffen, dies könnte evtl, auch hier Anwendung finden (R2 Reduce). Das Wasser-Glykol-Kältemittel unterliegt den gleichen Entsorgungsregeln wie das Kühlmittel der Wasserkühlung eines Verbrennungsmotors und muss an einer offiziellen Annahmestelle abgegeben werden. Dort wird es vom Wasser getrennt und wieder aufbereitet (R8 Recycle).

Bei einer Immersionskühlung wird auf nichtleitende Fluide mit möglichst hohem Flammpunkt zurückgegriffen. Diese sind oft hochraffinierte Mineral- oder Silikonöle, wie sie auch bei Transformatoren genutzt werden. Mineralöl wird aus Erdöl, also einem nicht nachwachsenden Rohstoff gewonnen. Es ist also in Punkten der Herstellung nicht nachhaltig, kannjedoch nach der Benutzung durch Wiederaufbereitung für andere, niedere Zwecke wie z.B. Motorenöl wiederverwendet werden (R8 Recycle)! Als Alternative zum klassischen Mineralöl werden in der Transformatorentechnik synthetische organische Ester eingesetzt. Die Verwendung dieser bei Hochvoltspeichern konnte jedoch durch die Recherche nicht eruiert werden (R2 Reduce).

Die zum Transport des Kühlmittels / Wasser-Glykol-Gemisches notwendigen Leitungen sind zumeist aus Kupfer oder Kunststoffen wie EPDM. EPDM gilt sowohl in Herstellung, Verarbeitung als auch in Nutzung, im Gegensatz zur PVC-haltigen Alternativen, nur als gering umweltbelastend. Aufgrund der hohen Witterungsbeständigkeit kann es lange eingesetzt werden. Danach kann es zur Herstellung von z.B. Bodenbelägen verwendet oder thermisch verwertet werden (R7 Repurpose & R9 Recover).

3. Konzepte zur Erhöhung der Nachhaltigkeit

Zur Erhöhung der Nachhaltigkeit der Batteriekühlung werden die einzelnen R-Strategien in aufsteigender Reihenfolge beleuchtet.

RO Funktion Obsolet machen: Hierzu wäre beispielsweise eine Erhöhung der Akkuanzahl zu nennen, dabei wäre der Strom einer einzelnen Zelle anteilig geringer, wodurch auch die Verluste dementsprechend geringer ausfallen. Gerade vor dem Hintergrund, dass durch den Zusammenhang zwischen Strom, Spannung und Widerstand (U = R/I) und die Elektrische Wirkleistung in Form von P = U*I die auftretende Abwärme in quadratischer Abhängigkeit zum Strom steht (P ~ lA2). Eine Erhöhung der Zeilenzahl würde somit den Ressourcenaufwand reduzieren und durch die geringere Belastung auf die einzelnen Zellen die Lebensdauer erhöhen.

RI Produktnutzung intensivieren: Eine weitere Ausnutzung der Lösung könnte zum Beispiel durch die Kombination des Batteriekühlsystems mit anschließender Nutzung der Wärme im Innenraum realisiert werden. Da die Hälfte der Wärmeverluste auf den Ladevorgang entfallen und dieser nur stationär stattfindet, wäre neben einem Elektrischen Energieaustausch auch ein Thermischer Austausch über den Ladestecker denkbar. Die gerade bei Schneiladevorgängen freigesetzte große Wärmemenge könnte genutzt werden, um beispielsweise die Geschäftsräume des Ladesäulenanbieters zu beheizen. Ähnliche Konzepte existieren bereits zur Abwärmenutzung von Serverstationen in Hallenbädern.³

R2 Ressourcenaufwand reduzieren: Durch optimale Auslegung der Komponenten kann der

Ressourcenaufwand möglichst reduziert werden. Beispielsweise sollten die verwendeten Schlauchlängen sowie Durchmesser möglichst minimiert werden. Ebenso kann jedoch auch eine Leistungsreduktion bei warmen Temperaturen erfolgen, um eine mittels Wärmepumpe abzuführende Wärmemenge auf eine rein durch Konvektion realisierbare Abführung zu reduzieren. Hierbei wäre der Energieverbrauch deutlich geringer im Vergleich zu einer Kompressorkühlung. Ebenso könnte bei dem Materialeinsatz versucht werden auf eine geringere Kühlmittelqualitätseignung abzuzielen. Beispielsweise, um die Verwendung von zusätzlichen, meist umweltschädlichen Additivierungen des Kühlmittels zu verzichten. Eine reine Wasser-Glykol Mischung wäre dabei ressourcensparsamer herzustellen und zudem leichter zu entsorgen oder Wiederzuverwerten.

Die anfallende Abwärme kann zudem durch Vedunstungskälte abgeführt werden. Eine Überschlägige Berechnung hierzu findet sich in Anhang 1. Dabei wird angenommen, dass das Fahrzeug eine Wärmemenge von 4 kWh pro Batterieladung abführen muss, was wiederum zu einem Verbrauch von ca. 5,8 Liter Wasser führt. Der Kunde müsste dabei nur Wasser nachfüllen, bei der Berechnung wurde die zusätzliche Wärmeabführung über die Konvektion mit der Umgebungsluft nicht berücksichtigt, somit ist diese Lösung besonders für erhöhte Temperaturen geeignet, da hier der Wirkungsgrad der Wärmepumpen generell abfällt.

Bei der Betrachtung der bisher verwendeten Systeme fällt auf, dass einige Hersteller aus Kostengründen statt einer Wärmepumpe zur Erwärmung des Akkupaketes auch Widerstandsheizelemente verwenden.⁴ Da diese einen maximalen Wirkungsgrad von 1 besitzen, also höchstens die Wärmemenge bereitstellen können, welche sie in Form von elektrischer Energie bereitgestellt bekommen, wäre auch eine günstige Alternative die Verwendung von Peltierelementen. Diese meistens in Kühlboxen verwendeten Wärmepumpen zeichnen sich durch ihren günstigen Anschaffungspreis und durch ihre Kompaktheit aus. Der Heizwirkungsgrad kann dabei auf >1 ansteigen und liegt erfahrungsgemäß bei 150%. Zur Validierung werden Wirkungsgradmessungen manuell mittels einer Durchflussmessung mit Temperatursensoren vor und nach Vorbeiströmen an dem Peltierelement ermittelt. Dabei zeigt sich, dass bei einer geringeren Versorgungsspannung der Wirkungsgrad exponentiell zunimmt, was jedoch durch den geringen Anschaffungspreis und die geringen Abmessungen der Elemente dennoch einen akzeptablen Wärmetransport realisiert. Die Versuchsauswertung kann Anhang 2 entnommen werden, der Versuchsaufbau ist auf Abbildung 2 zu erkennen.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 2: Versuchsaufbau Peltiermessung

Weiter kann auf eine möglichst Emissionsarme Anordnung der Kühlelemente geachtet werden, beispielsweise lässt sich ein beträchtlicher Wärmeanteil über den dauerbeschatteten Fahrzeugboden durch Konvektion der Fahrtluft abführen, während die restliche Wärme welche Richtung Fahrzeuginnenraum fließt durch Flüssigkeitskühlung abgeführt wird. Gerade vor dem Hintergund einer Gleichmäßigen Erwärmung ist dies hilfreich, da die Batterieoberseite bei Kühlkanälen auf der Unterseite keine nennenswerte Kühlung erfährt.

Vor dem Hintergrund, dass das Kühlsystem bei hohen Temperaturen einen möglichst einfachen Wärmeaustausch mit der Umgebung bereitstellen soll, während bei kalter Witterung die Akkuzellen meist aufgeheizt werden, bildet sich ein Widerspruch. Eine logische Folgerung wäre demnach eine Dämmung mit einer steuerbaren Wärmeleitzahl. Somit könnte im Winter der Dämmwert höher gehalten werden, um die Verluste bei der Beheizung der Batterien zu minimieren, während im Sommer Wärme statt eines Kühlaggregates über die Wärmeleitung des Unterbodens abgegeben werden kann. Eine konkrete Vorstellung wäre dabei beispielsweise eine doppelwandige Karosserie, wie sie auch schon von Renault in Konzeptfahrzeugen verwendet wird, um die Wärmeverluste der Fahrzeughaut zu reduzieren.⁵ Während der Kühlperiode im Sommer könnte ein Vakuumzwischenraum mit einem Wärmeleitenden Fluid, beispielsweise Kühlmittel gefüllt werden und einen erheblichen Wärmeaustausch erzeugen, während im Winter zur Verringerung der Wärmeverluste der Zwischenraum leergepumpt wird. Wasser liegt dabei mit einer Wärmeleitfähigkeit von 0,6 W/(mK) deutlich oberhalb einer Vakuumdämmplatte mit ungefähr 0,006 W/(mK). Ein vergleichbares Konzept wird in keiner Recherche gefunden.

Ein weiterer Schritt wäre beispielsweise der Ersatz von aktuellen Kältemitteln der Wärmepumpen hin zu umweltfreundlicheren Füllgasen. Dabei hat sich beispielsweise Ammoniak oder Propan in den stationären Anwendungen bewährt.⁶ Diese Gase haben einen deutlich geringeren Einfluss auf die Ozonschicht als die bereits genannten Kältemittel.

R3 Reuse: Bei einer Lösung zur Wiederverwendung von Teilkomponenten liegt der Fokus auf Komponenten, welche keinem Verschleiß unterworfen sind. Somit sind beispielsweise Wärmeabnehmer wie Kühlprofile einem verklebten Immersionskühlungskonzept vorzuziehen. Jedoch wird die bessere Möglichkeit der Temperaturregelung infolge einer Immersionskühlung und dem dadurch geringeren Batterieverschleiß ein geringerer Ressourcenverbrauch zugeschrieben als wiederverwertbare Kühlprofile. Der Emissionsausstoß zur Batteriefertigung wird als deutlich höher eingeschätzt als die Herstellung von Aluminiumprofilen. Eine einheitliche Regelung über die Verwendung von definierten Kühlflüssigkeitsmischungen würde eine direkte Wiederverwendung dieser in den Werkstätten ermöglichen. Ebenso könnten auch fest vorgeschriebene Schnittstellen wie Steckverbinder oder Schlauchgrößen zwischen Akku und Kühlsystem die Austauschbarkeit und somit die Wiederverwendung von nur teilweise verschlissenen Baugruppen gerade im Second Life Zyklus der Fahrzeuge ermöglichen. Konkret könnte dabei die Verwendung eines Baukastensystems die einzelnen Kühlelemente technologisch länger kompatibel halten als eine für ein bestimmtes Modell optimierte Lösung. Auch eine Herausgabe der Hersteller über Informationen der Peripheriestellen der Batteriepakete würde hier die Wiederverwertung der einzelkomponenten gerade bei freien Werkstätten erhöhen. Meist verbauen Vertragswerkstätten nur Neuteile und schließen somit eine zweite Benutzung der Komponenten aus.

R4 Repair: Bei der Betrachtung des Technikstandes fällt auf, dass alle Akkupakete der Fahrzeughersteller kaum zugänglich sind. Hersteller begründen dies mit den Gefahren eines Hochvoltspeichers.⁷ Die Reparaturfähigkeit istjedoch nur gegeben, wenn großeTeile nichtdurch die Demontage während der Reparatur beschädigt werden. Dementsprechend reparaturfreundlich wäre hier die Verwendung von Modularen Baugruppen, ähnlich wie die im vorherigen Absatz genannten Baukastensysteme, um bei Beschädigungen die auszutauschenden Teile zu reduzieren.

Beispielsweise könnte dadurch statt der Gesamten Batteriewanne eines immersionsgekühlten Akkus nur eine von vielen kleineren Teilwannen getauscht werden, um ein Leck zu beseitigen. Statt vollflächigen Verklebungen müssen hierzu lösbare Verbindungen benutzt werden, beispielsweise Verschraubungen. Zudem ließen sich dadurch auch die Produktverwendung erhöhen, wenn beispielsweise nicht alle Batterieabschnitte zur Fortbewegung des Fahrzeuges nötig sind. Übertragen auf ein Verbrennerfahrzeug würde dies bedeuten, statt einem großen Tank mehrere kleine untereinander verbundene Tanks zu verwenden. Bei dem Defekt eines dieser Tanks kann das Fahrzeug dennoch weiterbewegt werden, durch die kleinere zu demontierende Baugruppe fällt auch der Reparaturaufwand geringer aus. Aber auch bei der Verwendung von Aluminium-Kühlprofilen ist eine Reparatur durchaus in Form von Schweißprozessen bei geeigneten Demontagemöglichkeiten denkbar.

R5 Refurbish: Auch in diesem Abschnitt kann die Nachhaltigkeit des Hochvoltspeicher durch ein Baukastensystem erhöht werden. Erst hierdurch ergibt sich die Möglichkeit, das gesamte Produkt durch die Aktualisierung einzelner Komponenten auf einen höheren technischen Stand zu bringen. Beispielsweise das Austauschen einer alten Kühlmittelpumpe gegen eine Neuere, um dem mit der Alterung gestiegenen Innenwiderstand der Zellen und damit der höheren Wärmefreisetzung gerecht zu werden. Ein über eine Längere Zeit konstanter Technologiestand ist hierfür Voraussetzung.

R6 Remanufacture: Hierzu sei ebenfalls die Verwendung von Baukastensystemen zu nennen. Die Verwendung von Standardkomponenten ist dabei jedoch ebenso zu berücksichtigen. Beispielsweise wäre die Wiederverwendung von alten Kühlaggregaten je nach Laufleistung vorstellbar, wenn geeignete trennbare Schnittstellen zwischen Batteriekreislauf und Kühlmittelkreislauf in Form von Wärmetauschern vorliegen. Bei einem Baukastensystem können nach Ende der Lebensdauer von stark verschlissener Komponenten wie den Zellen die übrigen Komponenten wie Kühlgehäuse, Schläuche oder Messsensoren wiederverwendet werden. Grundvoraussetzung ist hier eine einfache Zugänglichkeit, sollte diese nicht gegeben sein, werden Kunden eher auf neue Komponenten wechseln, um einen erneuten Austausch und damit verbundene lange Arbeitszeiten zu vermeiden.

R7 Repurpose: Um den ausgedienten Komponenten des Kühlsystems einen erneuten Einsatz zu ermöglichen, stellt sich anfangs die Frage nach dem Produktnutzer. Da das Kühlsystem keine besonders hohen Kosten wie beispielsweise die Batteriezellen besitzt, werden diese Komponenten vermutlich eher selten im Professionellen Bereich als gebrauchte Komponenten eingesetzt. Der Aufwand, diese mit eventuellen Spezialanschlüssen versehenen Komponenten zuerst umbauen zu müssen, ist bei einem niedrigen Produktpreis selten gerechtfertigt. Folglich wird die Verwendung hauptsächlich auf Privatanwender zurückfallen. Um diesen den Einsatz hierzu zu ermöglichen, ist auf eine entsprechende Verwendbarkeit zu achten. Anschlüsse sollten beispielsweise nur als Rohrgewinder ausgeführt sein, die Versorgungsspannung müsste mit 230 V Wechselstrom kompatibel sein, Zusatzkomponenten wie Lüfter und Leitungen sollen möglichst in einem Gesamtgehäuse verbaut sein. Bei Kühlprofilen wäre auch hier die Verwendung von Baukastensystemen hilfreich, selten werden Kühlkörper von der Größe eines Fahrzeugbodens benötigt, wenn diese in mehrere Kleine aufgeteilt sind, steigen dadurch die Verwendungsmöglichkeiten. Eine Immersionskühlung ist hierbei nicht förderlich, da nur wenige Anwendungen wie beispielsweise Computerkühlungen ebenfalls untergetaucht werd

Als Weiterverwendungsmöglichkeit wäre besonders die Wärmepumpe oder das Kühlaggregat von Interesse. Vor dem Hintergrund der Energiewende sind diese Komponenten aktuell stark gefragt, die Kapazitäten der Hersteller reichen dabei nicht mehr aus.⁸ Bei Einzelraumheizungen könnten diese wie eine Klimaanlage dazu beitragen, in stationärer Anwendung zuzuheizen und somit den fossilen Brennstoffbedarf zu reduzieren. Ähnliche Vorgehensweisen existieren bereits für Solarkollektoren, um private Pools zu beheizen.

R8 Recycling: Um die Komponenten des Kühlsystems möglichst recyclinggerecht zu gestalten, ist vor allem auf eine entsprechende Demontierbarkeit zu achten. Bei der Zerlegung eines Akkusystems des Herstellers Tesla zeigen sich erhebliche Probleme durch die Vollverklebung des Akkugehäuses.⁹ Solche Verklebungen würden die Recyclingfähigkeit des Kühlsystems deutlich reduzieren, da dieses Ebenfalls verklebt wäre. Das Entfernen der Klebstoffe würde dabei den Preis der Komponenten schnell überwiegen, eine energetische Verwertung würde dadurch wahrscheinlicher werden. Der Verzicht auf eine Vergussmasse ist damit ebenso wichtig wie der Versuch möglichst recyclingfreundliche Werkstoffe zu verwenden. Beispielsweise lassen sich Thermoplaste nur als Recyclat recyceln und deren Eigenschaften werden durch die Vermischung mit anderen Kunststoffen ebenso reduziert. Bei Aluminium hingegen ist die Varianz der Legierungen deutlich geringer als die von Kunststoffen. Bei einer Immersionskühlung könnte dabei das gesamte Kühlunsgehäuse aus einem Aluminium- oder Zink-Druckguss bestehen. Die sortenreine Trennung würde dadurch einen geringeren Aufwand einnehmen.

R9 Recover: Der Schritt der Thermischen Energierückgewinnung sollte erst als letzter Lösungsansatz verwendet werden. Teile des Kühlsystems, an denen eine Verbrennung der Stoffe dennoch sinnvoll sein könnten, wären beispielsweise das genannte Kältemittel Propan, um es zu weniger umweltschädlichen CO2 und H2O zu verbrennen, anstatt es in die Atmosphäre zu entlassen.

In Anhang 3 kann eine vorläufige Skizze für ein Konzept eines Kühlsystems entnommen werden, sowie die verschiedenen Kühlungsvarianten der Batteriezellen. Abschließend sei erneut die Verwendung einer Immersionskühlung als zentraler Nachhaltigkeitsaspekt zu nennen. Durch eine entsprechende Temperierung der Zellen kann die Lebenserwartung von diesen signifikant erhöht werden. Gleichzeitig werden im Rahmen dieser Recherchearbeit die ungenutzten Möglichkeiten und das Potential eines Hochvoltspeichers hinsichtlich der Nachhaltigkeit sowie den dahingehenden Anforderungen an die Konstruktionen zur Umsetzung der 9R Strategie bewusst.

Literaturverzeichnis

1. https://www.hella.com/soe/de/News/Thermomanagement-4111/

2. https://www.hella.com/techworld/de/Technik/Klimatisierung/Thermomanagement-in-Elektro-und- Hybridfahrzeugen-1725/

3. https://patentimages.storage.googleapis.com/c5/28/e3/dae0c245d8199d/DE102013017396Al.pdf

4. https://www.tecchannel.de/a/oeffentliches-hallenbad-von-rechenzentrum-beheizt,1753126

5. https://vision-mobility.de/news/dacia-spring-elektrischer-einstieg-82811.html

6. https://www.welt.de/wissenschaft/articlel2410738/Kaelte-macht-Akkus-von-Elektroautos-zu- schaffen.html

7. https://www.ee-news.ch/de/article/43526/warmepumpen-mit-naturlichem-kaltemittel-propan- eignen-sich-sehr-gut-fur-gut-gedammte-neubauten-ohne-zugang-zu-erdwarme

8. https://www.da-direkt.de/elektroauto-versicherung/ratgeber/wie-sicher-sind-elektroautos

9. https://link.springer.com/article/10.1007/s35658-020-0178-2

Anhang

Anhang: Konzeptzeichnung

Anhang: Konzeptzeichnung

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

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¹ https://www.hella.com/soe/de/News/Thermomanagement-4111/

² https://www.hella.com/techworld/de/Technik/Klimatisierung/Thermomanagement-in-Elektro-und-Hybridfahrzeugen-1725/

³ https://www.tecchannel.de/a/oeffentliches-hallenbad-von-rechenzentrum-beheizt, 1753126 (Zugriff am 13.12.2022)

⁴ https://vision-mobility.de/news/dacia-spring-elektrischer-einstieg-82811.html zugriff am 13.12.2022

⁵ https://www.welt.de/wissenschaft/articlel2410738/Kaelte-macht-Akkus-von-Elektroautos-zu- schaffen.html zugriff am 11.12.2022

⁶ https://www.ee-news.ch/de/article/43526/warmepumpen-mit-naturlichem-kaltemittel-propan-eignen-sich- sehr-gut-fur-gut-gedammte-neubauten-ohne-zugang-zu-erdwarme zugriff am 13.12.2022

⁷ https://www.da-direkt.de/elektroauto-versicherung/ratgeber/wie-sicher-sind-elektroautos zugriff am 11.12.2022

⁸ https://www.sueddeutsche.de/muenchen/erding/oel-gas-heizungen-waermepumpe-fernwaerme- pelletheizung-landkreis-erding-1.5694926 zugriff am 13.12.2022 3 https://teslamag.de/news/tesla-zerleger-erste-batterie-4680-akku-model-y-51263 zugriff am 13.12.2022

⁹ https://teslamag.de/news/tesla-zerleger-erste-batterie-4680-akku-model-y-51263 zugriff am 13.12.2022