Elektrofahrzeuge induktiv heizen

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Vergleich der Heizsysteme

Für eine leistungsfähige und spontane Zuheizung werden bislang luft- oder kühlmittelseitige Hochvolt-PTC-Heizer eingesetzt. Der elektrische Widerstand der PTC-Elemente dieses Heizers erhöht sich mit steigender Temperatur (deshalb: Positive Temperature Coefficient). Daher ist die Heizleistung und Maximaltemperatur inhärent limitiert. Aufgrund dieser sicherheitsrelevanten Eigenschaften werden heute alle Niedervolt- und Hochvoltluftheizer mit PTC-Elementen ausgestattet. Durch die unmittelbare und direkte Einbringung der Heizenergie in den Kabinenluftstrom lässt sich mit dem von Behr und BHTC bereits in Serie gelieferten HV-PTC-Luftheizer, verglichen mit allen anderen Systemen, der höchste Insassenkomfort erzielen. Trotzdem wählen einige OEMs andere Ansätze, da der HV-Luftheizer, wie erwähnt, die Übernahme eines Plattform-Klimagerätes erschwert und gegebenenfalls zusätzliche Sicherheitsmaßnahmen bei der Nutzung von HV im Innenraum erforderlich werden.

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Ein Hochvolt-Kühlmittelheizer ist meist so konstruiert, dass sein Heizelement, mit oder ohne PTC-Charakteristik, ganz oder teilweise vom Kühlmittel umströmt wird. Ein solcher Heizer hat wegen der indirekten Wärmeübertragung – vom Heizelement auf das Kühlmittel, vom Kühlmittel dann im Heizkörper des Klimagerätes auf die Luft – eine geringere Spontaneität als ein Luftheizer. Beim Vergleich der Effizienz von Kühlmittelheizer und Luftheizer muss neben den Wärmeverlusten des Kühlmittelkreislaufs auch die elektrische Leistungsaufnahme der Kühlmittelpumpe berücksichtigt werden. Zudem müssen bei jedem Start nach längerer Pause die Elemente neu aufgewärmt werden: der Heizer (circa 2 kg), das Kühlmittel (2 kg) und der Heizkörper (0,5 kg). Vorteilhaft ist allerdings, dass dadurch das Kühlmittel des Motors zusätzlich fremderhitzt wird – Motor und Katalysator von Hybriden und Range-Extender-Fahrzeugen kommen so schneller auf Betriebstemperatur, was die beim Kaltstart hohen CO₂-Emissionen verringern kann. Dazu kommt, dass bei Einsatz des Kühlmittelheizers für alle Fahrzeuge einer Plattform das gleiche Klimagerät verwendet werden kann.

Die Wärmepumpe (WP) hat gegenüber elektrischen Heizsystemen den höchsten Wirkungsgrad. Ihr Einsatz verringert die Reichweite des Fahrzeugs am wenigsten. Ihre Funktion ist ähnlich der einer Klimaanlage, nur umgekehrt. Sie lässt sich mittels des dafür modifizierten Kältemittelkreislaufs der Klimaanlage betreiben. Das Schema auf Seite 47 zeigt die Verschaltung einer Luft/Luft-WP, die folgende Komfort- und Sicherheitsfunktionen hat: Heizen im Winter, Entfeuchten der Innenluft, Klimabetrieb im Sommer. Bei niedrigen Temperaturen verliert die Wärmepumpe an Leistung oder arbeitet gar nicht mehr. Außerdem kann es zur Vereisung des Außenwärmeübertragers kommen – bei dessen Auftaubetrieb keine Heizleistung für den Innenraum bereitsteht. Deshalb ist es erforderlich, die Wärmepumpe mit einem HV-Luft- oder HV-Kühlmittelheizer zu kombinieren. Die Wärmepumpe eignet sich aufgrund ihrer Komplexität am ehesten für reine E-Autos. Für Plug-in-Hybride (PHEV) und Fahrzeuge mit Range Extender (REV) rechtfertigt die geringe Steigerung der elektrischen Reichweite den Aufwand weniger (siehe Tabelle unten).

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