Fire and Ice - Waermemanagement im Zeichen von Efficient Dynamics

Das Waermemanagement spielt auch zukuenftig eine zentrale Rolle im Entwicklungsprozess der BMW Group. Die effiziente Nutzung der im otto- oder dieselmotorischen Verbrennungsprozess abgegebenen Verlustwaerme stellt dabei eine der grossen Herausforderungen der Zukunft dar. Dabei ruecken verstaerkt Technologien in den Vordergrund, welche die Waermeenergie ueber innovative Formen der Energiewandlung als nutzbare mechanische oder insbesondere elektrische Energie im Fahrzeug zur Verfuegung stellen. Die stetig zunehmenden Elektrifizierungsmassnahmen im Fahrzeug (wie zum Beispiel elektrische Wasserpumpe, Lenksysteme, Luftklappensteuerungen) erfordern in Zukunft einen besonderen Fokus darauf, elektrische Energie bedarfsgerecht dem fahrzeuginternen Bordnetz zur Verfuegung zu stellen. Neben der Bremsenergierueckgewinnung bietet sich hier insbesondere die direkte Wandlung von thermischer Verlustenergie (zum Beispiel aus dem Abgassystem) in elektrische Energie mittels thermoelektrischer Generatoren basierend auf dem Seebeck-Effekt an, da je nach Fahrsituation circa 2/3 der eingesetzten chemischen Energie ueber die an die Umgebung abgegebene Waerme verloren werden. Um gerade diese Verlustenergie zu nutzen, koennen thermoelektrische Halbleitermaterialien (zum Beispiel Bismuttellurid (Bi2Te3) oder Bleitellurid (PbTe)) verwendet werden, die einem Temperaturgefaelle zwischen dem heissen Abgas und dem deutlich kaelteren Kuehlwasser ausgesetzt werden und dadurch eine elektrische Spannung erzeugen. Aufgrund der sich im Fahrzeug stetig aendernden thermischen Randbedingungen in Abhaengigkeit der Fahrgeschwindigkeit und der entsprechenden Kuehlwassertemperatur ist auch der erzeugte Spannungsverlauf stark transient, wodurch sich erhebliche Anforderungen an eine effiziente Einkopplung in das 12 V-basierte Fahrzeugbordnetz ergeben. Doch nicht nur die Wandlung der thermischen Restwaerme, sondern vielmehr auch die direkte Nutzung dieser Energie kann - fahrsituationsabhaengig - auch zu einer Reduzierung des Verbrauchs fuehren. Gerade im Kurzstreckenbetrieb ist es zum Beispiel wichtig, die reibungsbehafteten Komponenten des Antriebsstrangs moeglichst schnell auf Betriebstemperatur zu erwaermen. Hierzu bieten Abgaswaermetauscher einen moeglichen Ansatz. Diese koennen, insbesondere bei dieselmotorischen Antrieben, auch eingesetzt werden, um den Innenraum zu beheizen und somit den mit hohen Wirkungsgradverlusten behafteten PTC-Zuheizer zu ersetzen. Selbst bei einem abgestellten Fahrzeug kann mit Hilfe des Waermemanagements zukuenftig fuer die naechste Fahrt Kraftstoff gespart werden: Durch Motorkapselmassnahmen laesst sich die Restwaerme des Motors speichern und der Motor muss nicht wieder erneut auf Betriebstemperatur gebracht werden, wodurch eine CO2-Reduktion von bis zu mehreren Gramm pro Kilometer moeglich ist. Eine intelligente Betriebsstrategie durch Nutzung der Informationen aus der Navigationseinheit ermoeglicht bereits mit den Stellgliedern eines heutigen konventionellen Fahrzeugs eine spuerbare Verbrauchsreduktion im Kundenbetrieb. (A) Beitrag zum Themenbereich "Energieeffizienzsteigerung im konventionellen Antrieb I" der 7. VDI-Tagung Innovative Fahrzeugantriebe 2010, Dresden, 10. und 11. November 2010. Siehe auch Gesamtaufnahme der Tagung, ITRD D368236.