Heiztechnik Webasto entwickelt Hochvoltheizer für E-Fahrzeuge

Die Bundesregierung hält an ihrem ehrgeizigen Ziel fest: Bis 2020 sollen eine Million Elektrofahrzeuge über deutsche Straßen rollen. Mit dem Hochvoltheizer bietet Webasto ein Wasserheizgerät für Plug-in-Hybride sowie Elektrofahrzeuge und startet 2015 in die Serie.

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Langsam, aber sicher steigt die Zahl der reinen Elektrofahrzeuge und Plug-in-Hybride. Als Marktführer für kraftstoffbetriebene Pkw-Zuheizer und Standheizungen ist die Elektromobilität ein wichtiger Pfeiler der Wachstumsstrategie von Webasto. Aus diesem Grund hat der Zulieferer zur Markterschließung ein hocheffizientes, elektrisch betriebenes Heizsystem für Hybrid- und Elektrofahrzeuge entwickelt, das während der Fahrt den Innenraum beheizt. Denn jedes Fahrzeug braucht eine Heizung. Ohne sie beschlagen oder vereisen die Scheiben und beeinträchtigen die Sicht des Fahrers, vor allem während der kalten Jahreszeit.

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In konventionellen Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor kann die Abwärme des Motors genutzt werden, um das Fahrzeug zu heizen. Doch schon bei modernen Downsizing-Motoren reicht die Abwärme oftmals nicht aus, um das Fahrzeug zufriedenstellend zu beheizen. Und das setzt sich bei den Fahrzeugen mit alternativen Antrieben fort. Bei Plug-in-Hybriden entsteht nur dann Abwärme, wenn der Verbrennungsmotor läuft. Und bei reinen Elektrofahrzeugen reicht die Abwärme des Antriebs nicht aus, um den Innenraum zu beheizen. Daher gilt: Für Fahrzeuge mit alternativen Antrieben sind neue Heizkonzepte erforderlich.

Gute Marktchancen für Hochvoltheizer

„Plug-in-Hybride und Elektrofahrzeuge werden künftig einen wesentlichen Anteil der Mobilität ausmachen. Aus diesem Grund sehen wir für unseren Hochvoltheizer sehr gute Marktchancen“, sagt Dr. Joachim Damasky, Vorstandsvorsitzender des Unternehmensbereichs Webasto Thermo & Comfort. „Unser Ziel ist klar gesteckt. Wir wollen auch bei der Beheizung von Elektrofahrzeugen Marktführer werden und sind dafür mit unserem neuen elektrischen Hochvoltheizer hervorragend aufgestellt.“

Aus Sicht von Automobilexperten ist insbesondere der Hybridantrieb eine wesentliche Brückentechnologie für die Elektrifizierung der Automobilbranche. 2013 wird sich die Zahl der Hybride in Deutschland voraussichtlich verdoppeln. Im schrumpfenden deutschen Pkw-Markt zählten sie im vergangenen Jahr bereits zu den Gewinnern: Während die Zahl der Neuwagen mit Benzinantrieb um sechs Prozent zurückging, legten die Neuzulassungen der Hybride um 70 Prozent zu.

Von der Standheizung zur Fahrheizung

Mit dem Hochvoltheizer (HVH) präsentiert Webasto ein neues Heizgerät für Hybrid- und Elektrofahrzeuge. Da es bis heute keine einheitliche Batteriespannung für Elektrofahrzeuge gibt, ist das Gerät so ausgelegt, dass es in Bereichen zwischen 250 bis 450 V ohne Leistungsverlust eingesetzt werden kann. Mit einem Wirkungsgrad von 99 Prozent setzt der Hochvoltheizer nahezu verlustfrei Strom in Wärme um. Ermöglicht wird das durch die hocheffiziente Schichttechnologie, die Webasto erstmals in einem Heizgerät einsetzt. Die Heizleistung reicht von 0,2 bis maximal 5 kW und ist stufenlos regelbar.

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Für Automobilhersteller zählen vor allem das Gewicht und die Abmessungen des Hochvoltheizers. Mit 1,9 kg ist das Gerät sehr leicht. Dank seiner hohen Leistungsdichte von 3,2 W/cm3 erfordert der HVH nur gut 1.500 cm³ Bauraum. Das kompakte Design ermöglicht flexible Einbaupositionen im Motorraum. Alle Anschlüsse sind an der Vorderseite des Geräts angebracht. Auch der notwendige Bauraum für Kabel und Schläuche wird dadurch minimiert. Daher kann es schnell und einfach per Plug-and-Play am Band eingebaut werden.

Hard- und Software verfügt über Sicherheitsmaßnahmen

Um den zuverlässigen Betrieb des Hochvoltheizers zu gewährleisten, ist er gegen Ausfallrisikos abgesichert. Damit die Spannung nicht auf umgebende Bauteile übergreifen kann, sind mehrstufige, redundante Sicherheitsmaßnahmen in die Hard- und Software integriert. Zudem wird der Heizer während des Betriebs kontinuierlich überwacht. Er ist für die Serienausstattung konzipiert und kann in alle Hybrid- und Elektrofahrzeuge eingebaut werden. Technisch ist auch die Standheizfunktion möglich – ob sie zur Verfügung gestellt wird, entscheidet der Fahrzeughersteller.

So funktioniert der Hochvoltheizer: Das Wasserheizgerät ist in den Wasserkreislauf des Fahrzeugs integriert. Im Inneren des Heizgeräts befinden sich neben einem Steuergerät ein Wärmeübertrager sowie das Herzstück, das Schichtheizelement. Wird die Heizung eingeschaltet, fließt Strom von der Batterie zum Heizgerät und erwärmt das Schichtheizelement. Gleichzeitig schaltet sich die Umwälzpumpe des Wasserkreislaufs ein und pumpt Wasser durch das Gerät. Am Schichtheizelement wird es auf maximal 90° Celsius aufgewärmt und zum Wärmetauscher der fahrzeugeigenen HVAC transportiert. Dort wird die Wärme des Wassers auf die Luft übertragen, die anschließend über das Fahrzeuggebläse in den Innenraum strömt. Diese warme Luft sorgt für freie Scheiben und erwärmt den Innenraum.

Keine Verwendung von seltenen Erden und Blei

Bei der Entwicklung des Heizgeräts hat das Team zunächst unvoreingenommen alle zur Verfügung stehenden Technologien analysiert und bewertet, die elektrisches Heizen im Hochvoltbereich erlauben. „Nach zahlreichen Tests hat sich die Schichttechnologie als die effizienteste Heiztechnologie erwiesen. Daher haben wir uns dafür entschieden“, erklärt Dr. Christian Hainzlmaier, Projektleiter Hochvoltheizer bei Webasto Thermo & Comfort. „Wichtig war uns auch, dass wir leicht verfügbare Rohstoffe verwenden. Wir benötigen weder seltene Erden noch Blei für den Heizkern.“ Für die Fertigung der Schichttechnologie, die sich bereits in verschiedenen industriellen Anwendungen bewährt hat, werden keine solchen kritischen Rohstoffe benötigt.

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2015 kann Serienproduktion starten

2010 hat Webasto mit der Entwicklung des Hochvoltheizers begonnen. Nach zahlreichen Gesprächen mit Automobilherstellern fiel Anfang 2011 die Entscheidung für die Schichttechnologie. Anfang 2013 hat der Zulieferer die ersten Prototypen an die OEMs geliefert. Im zweiten Quartal 2015 kann die Serienproduktion des Hochvoltheizers anlaufen. Produktionsstandort wird Neubrandenburg sein. Damit hat Webasto sein Produktportfolio vervollständigt und bietet für alle Antriebsarten eine effiziente Heizlösung an.

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