Fraunhofer-Team entwickelt neues Thermomaterial für Elektroautos

Angenehme Kühle im Elektroauto ohne Reichweitenverlust: Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts haben hierzu ein vielversprechendes Material entwickelt. Das Smart Cover Panel senkt bei konstanter Sonneneinstrahlung die Oberflächentemperatur am Armaturenbrett eines Elektrofahrzeugs um knapp die Hälfte.

Im Rahmen des EU-geförderten Projekts »OPTEMUS« wollten die Wissenschaftler vom Fraunhofer Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF neue Materialien für das Armaturenbrett entwickeln. Das Ziel:  Wärme von der Oberfläche ableiten und damit die Wärmestrahlung verringern. Diese Aufgabe haben sie mithilfe eines sogenannten Kompositmaterials und des Kühlsystems gelöst.

Entwicklung des Smart Cover Panel

Die Forscher experimentierten an unterschiedlichen Trägermaterialien und integrierten verschiedene Füllstoffe. Das Ergebnis war ein sogenanntes Phase Changing Material (PCM) mit einem Trägermaterial aus Polyethylen und dem Füllstoff Graphit. Letzteres verleiht dem Kompositmaterial eine sehr gute thermische Leitfähigkeit und eine schnelle Wärmeableitung. Der PCM-Anteil sorgt für eine hervorragende „Energiespeicherung“.

Die Wissenschaftler bauten ihr „Smart Cover Panel“ in das Armaturenbrett eines Elektrofahrzeugs ein, um anschließend einen Kreisprozess von Aufheiz- und Kühlphase zu erzeugen. Für die Kühlung sorgten elektrothermischen Wandler – sogenannte Peltier-Elemente - die ihrerseits mit externen Lüftern gekühlt werden. Den dafür benötigten Strom stellt eine 12 Volt-Batterie bereit, die mit Solarstrom betrieben wird.

Energieeinsparung zahlt auf Reichweite ein

Die beim Phasenübergang freiwerdende Energie nutzten die LBF-Forscher, um die Peltier-Elemente nur für eine bestimmte Zeitspanne einzuschalten. „Auf diese Weise müssen die Lüfter nicht konstant auf Maximalleistung laufen“, erklärt Projektleiter Paul Becker. Durch eine entsprechende Regelung wird das Kühlsystem an die Materialtemperatur gekoppelt, was zu einer höheren Lebenserwartung der elektronischen Bauelemente führen soll. Darüber hinaus spart die neuartige Struktur die Energie ein, die für den Betrieb der Klimaanlage nötig ist. Das kommt der Reichweite des Elektroautos zugute.

Dank einer geschickten Einstellung des Start-Punktes des Arbeitskreises wird das Smart Cover Panel durch das Sonnenlicht selbst geregelt. Das bedeutet: Die Kühlung startet nur in heißen Sommertagen, und im Winter bleibt die Wärme im Armaturenbrett. Ein zusätzlich aufgeklebtes TISS-Material (Thickness Insensitive Spectrally Selective) reflektiert außerdem die Infrarotstrahlung und verringert die Energieaufnahme des Smart Cover Panels.

Prototyp des Smart Cover Panel erfolgreich getestet

Das neu entwickelte Material wurde mit Polypropylen-Talkum-Compound verglichen, was üblicherweise in Armaturenbrettern verwendet wird. Dazu beanspruchten die LBF-Wissenschaftler beide Materialien mit einer Strahlungsleistung von 1200 Watt pro Quadratmeter. „Nach der Versuchsdauer von 1000 Sekunden betrug die Temperaturdifferenz auf der Oberfläche der Probekörper rund 41 Grad Celcius. Das entspricht einer Temperaturreduktion von etwa 46 Prozent“, betont Becker.

Er ist überzeugt, dass ein sinnvolles Thermomanagement im Fahrzeuginneren der Elektromobilität Vorschub leisten kann. „Um den Absatz von Elektrofahrzeugen weiter zu steigern, ist es nicht nur notwendig, die Performance, wie beispielsweise die Reichweite, zu optimieren, sondern auch den Komfort der Insassen zu steigern.“ (aho)

 

Quelle: Fraunhofer LBF via Newsletter

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