Verwaltung der Wärmeabgabe von Elektrofahrzeugen

Modine und Bosch Rexroth werden künftig im Bereich des eLion-Produktportfolios von Bosch Rexroth zusammenarbeiten. (Illustration: Modine)

Bosch Rexroth und Modine arbeiten gemeinsam an der Elektrifizierung von Off-Highway-Maschinen. Modine wird Varianten seiner EVantage-Wärmemanagementsysteme entwickeln, die die eLION-Produkte von Modine in elektrifizierten Off-Highway-Geräten ergänzen.

„Mit der zunehmenden Verbreitung elektrifizierter mobiler Maschinen steigt gleichzeitig die Notwendigkeit, die Wärmeabgabe dieser wichtigen Komponenten effizient zu steuern“, sagte Zifan Liu, Systemingenieur für Mobilhydraulik bei Bosch Rexroth. „Diese Partnerschaft stellt eine konzertierte Anstrengung dar, dieses Problem effektiv zu lösen und den Endnutzern die produktivste Maschine zu bieten.“

Modines Advanced Thermal Systems hat eine vollständig integrierte, flüssigkeitsgekühlte Wärmemanagementlösung für das eLION-Portfolio entwickelt. Dieses Portfolio umfasst derzeit einen Permanentmagnet-Synchronmotor, einen Wechselrichter, ein integriertes Ladegerät, einen DC/DC-Wandler, eine Stromverteilungseinheit, Hochspannungskabel und einen Controller. Mit der Marktentwicklung entwickelt sich auch der eLION-Katalog weiter.

„Wir bieten alle für diese Maschinen benötigten Komponenten an, mit Ausnahme des Thermosystems“, so Enrique Busquets, Leiter Engineering Systems and Components bei Bosch Rexroth in Fountain Inn, South Carolina. „Bosch-Rexroth hat daher bereits mit Unternehmen wie Ymer, Webasto, Wolfle und Eberspächer zusammengearbeitet. In den USA haben wir Modine mit dem Bau eines Maschinenprototyps beauftragt, um zu demonstrieren, wie wir gemeinsam bei der Entwicklung von Thermosystemen erfolgreich sein können. Die Zusammenarbeit mit Modine ermöglicht uns eine umfassende Systemperspektive, die in vielen Fällen sehr vorteilhaft ist. Für unsere Kunden ist es einfacher, alles aus einer Hand zu haben.“

Elgin Sweeper hat sich für seine Hybrid-Kehrmaschine Pelican für Komponenten von Modine entschieden. (Foto: Modine)

Durch die nicht-exklusive Initiative kann Modine die Fähigkeiten jedes Unternehmens nutzen, um seinen eigenen Kunden bei der Vermarktung ihrer elektrifizierten Geräte zu helfen.

„Einige arbeiten an einer Maschine der ersten Generation, andere bereits an der zweiten Generation und optimieren das Design“, so Jeremy Shiflett, Market Development Manager bei Modine Advanced Thermal Systems . „Diese Zusammenarbeit bietet ihnen die Möglichkeit, zwei Weltklasse-Unternehmen zusammenzubringen und ihnen zu helfen, das Produkt der nächsten Generation schneller zu entwickeln. Wir alle beobachten heute auf dem Markt, dass sich die Produktentwicklungszeiten beschleunigt haben. Früher waren wir mit zwei bis drei Jahren zufrieden. Heute benötigen diese Programme maximal ein oder zwei Jahre, bevor sie in Produktion gehen. Man muss schnell und flexibel sein.“

Das EVantage Wärmemanagementsystem der Modine-Geschäftseinheit Advanced Thermal Systems ist auf die nahtlose Integration in das eLION-Portfolio ausgelegt, um die optimale Batterietemperatur aufrechtzuerhalten, die Leistungselektronik zu kühlen und den Komfort des Fahrers zu gewährleisten. Zur Beheizung von Batterien und Kabine setzt das Unternehmen einen dünnschichtbasierten 10-kW-Heizer ein. Das Design besteht aus einem komplexen Schichtsystem von Heizelementen, die sicher und direkt mit einer Wärmeaustauschstruktur verbunden sind, die mit dem flüssigen Kühlmittel in Kontakt steht.

Maschinenleistung steht an erster Stelle

Der erste Impuls von Anlageningenieuren ist, „über die Maschinenleistung zu sprechen“, so Busquets. „Wenn sie verstehen, wie elektrische Systeme aufgebaut sind, erkennen sie, dass diese gekühlt werden müssen, genau wie bei hydraulischen Maschinen. Heute wissen die meisten, dass sie ein thermisches System für Batterien, Motoren und Wechselrichter benötigen.“

Doch die Zufriedenheit des Fahrers in der Kabine kann noch eine weitere Komplexitätsebene mit sich bringen: Wenn Batterien den Strom liefern, ist es nicht mehr selbstverständlich, dass die Wärme von einem Verbrennungsmotor oder sogar einem Hydrauliksystem geliefert wird.

„Diese Arbeiter bedienen diese Maschinen über lange Zeiträume“, sagte Shiflett, „und das Ziel besteht darin, ihnen Komfort zu bieten, damit Sicherheit und Produktivität erhalten bleiben.“

„Anfangs wurde die Ausstattung des Bedieners mit einem HLK-System kaum in Betracht gezogen“, so Busquets. „Im Mittelpunkt stand die Maschinenleistung. Heute ist es einfach ein weiteres System, das innerhalb der gesamten Maschinenarchitektur berücksichtigt wird, weil man weiß, dass es notwendig ist.“

Modines Batterie-Wärmemanagementsystem mit flüssigkeitsgekühltem Kondensator (L-Con BTMS) kombiniert proprietäre Wärmetauschertechnologie mit intelligenter Steuerung und Elektronik, die für den Einsatz in schmutzigen und rauen Umgebungen wie Bergbau, Bauwesen, Landwirtschaft, Spezialanwendungen und Transport ausgelegt ist. (Foto: Modine)

Modine freut sich besonders, gemeinsam mit Bosch Rexroth in diesem Projekt unser komplettes EVantage Batterie-Thermomanagementsystem (BTMS) demonstrieren zu können, so Shiflett. „Neben einer Heizung für die Batterie nutzen wir die Hochvoltheizungen auch zur Beheizung der Kabine. Wir optimieren die Systeme mit ausreichender Kapazität und einem Kompressor, um die Kühlleistung der Batterie zu gewährleisten und gleichzeitig die Passagiere zu kühlen.“

Den Weg finden

Die beiden Unternehmen arbeiten derzeit an der Umrüstung eines kompakten Raupenladers, der den ganzheitlichen Systemansatz zur Schonung von Batterie, Elektronik und Mensch demonstrieren soll.

Shiflett und Busquets sagten, sie seien damit beschäftigt gewesen, Kunden dabei zu helfen, einen Weg zur Elektrifizierung zu finden, der für alle Beteiligten sinnvoll sei – und der Komfort des Fahrers sei regelmäßig Teil der Diskussion.

„Wenn es um die Klima- und Lüftungstechnik geht“, sagte Busquets, „ist das für mich ehrlich gesagt ein Indikator dafür, wie ernst es den OEMs ist. Bei der ersten Diskussion über einen Prototypen geht es nicht wirklich darum, ob sich die Bediener wohlfühlen, sondern darum, dass alles funktioniert und die Effizienz und Vorteile beweist. Dass dies nun geprüft und nachgefragt wird, lässt mich glauben, dass die Technologie und ihre Umsetzung im Markt heute auf einem höheren Niveau sind.“