Wärmepumpe ist nicht gleich Wärmepumpe

Die Wärmepumpe soll die Reichweite bei Elektroautos erhöhen doch es gibt deutliche Unterschiede

Die Wärmepumpe ist aktuell in aller Munde. Sie ist für viele die Lösung bei der Wärmewende.

Im Elektroauto soll sie im Winter den Reichweiteneinbruch massiv reduzieren. Aber Wärmepumpe ist nicht gleich Wärmepumpe!

Der Verbrenner ist so ineffizient, dass man ihn vor Überhitzung durch den Kühler schützen muss. So hat man als Abfallprodukt Wärme, die man dem Interieur zuführen kann.

Beim Elektroauto sind die Wirkungsgrade so hoch, dass man im Winter zuheizen muss.

Mit einem PTC Zuheizer macht man aus einer Kilowattstunde-Strom eine Kilowattstunde Wärme. Die Reichweite kann im Winter somit um bis zu 30% sinken.

Daher kommt nicht nur im Gebäude, sondern auch in vielen E-Autos eine Wärmepumpe zum Einsatz.

Im Gebäude gibt es unterschiedliche Ansätze:

Luft-Luft Wärmepumpe: Hierbei handelt es sich praktisch um eine Klimaanlage. Man entzieht der Luft die Wärme und überträgt sie direkt an die Luft im Haus.

 

Bei normalen Heizkörpern oder der Fußbodenheizung überträgt man die Wärme an das Medium Wasser. Als Quelle dienen nun unterschiedliche Medien. Gängig und sehr bekannt ist die Luft-Wasser Wärmepumpe. Ein Kasten vor dem Haus entzieht der Luft die Wärme und überträgt sie in das Heizungswasser (hier spricht man von einer Luft – Wasser Wärmepumpe). Als Quelle für eine Wärmepumpe können aber auch andere Quellen wie Wasser dienen (sogenannte Wasser-Wasser Wärmepumpen). Bspw. wenn man von Geothermie-Bohrungen/Brunnen, Wärmekollektoren unter der Wiese, einem Eisspeicher, Wärmetauscher im Abwasserkanal oder ganz neu aus der Abwärme von PV-Modulen (hier werden Kühler hinter die PV-Solar-Module gesteckt).

Was bedeutet dies nun?

Je höher man das Zielmedium erhitzen muss und je kälter das Quell-Medium ist desto schwieriger wird es und umso mehr Strom verbraucht die Wärmepumpe.

Und nicht nur bei der Gebäudebeheizung geht es um Effizienz. Gerade auch im E-Auto.

 

Wenn ich also im ländlichen Raum wohne, wo es im Winter deutlich kälter als in eine Stadt wird, könnte bspw. eine Geothermiebohrung effizienter sein, da man auch im Winter ein relativ warmes Quellmedium im Vergleich zu sehr kalter Luft hat. Man kann also mit einer eingesetzten Kilowattstunde Strom am Ende 6 Kilowattstunden Wärme produzieren. Bei kalten Außentemperaturen bei einer Luft-Wasser Wärmepumpe unter Umständen nur noch 1: 2,5. D.h. um die gleiche Ziel-Wärmemenge zu erreichen, benötigt man mehr Strom!

Was bedeutet dies für die Automotive Anwendung?

Die Cars-Guys kennen es vom ESP. Heute hat jedes Auto ESP, aber ist ESP gleich ESP ? Nein! Es gibt in einer E-Klasse eine 6-Kolben-Pumpe, die sehr feinfühlig regelt und den Fahrer nicht belästig. Eine einfache 2-Kolben-ESP Pumpe bspw. eines smart fortwo (C/A451) von 2007 kann nicht so feinfühlig regeln und man spürt und hört den ESP Regeleinsatz im Bremspedal und kann sich sogar erschrecken.

 

Bei der Wärmepumpe ist es ähnlich. Welche Anwendung passt am besten zu mir?

Das hängt von seinem Fahrprofil ab!

 

Der Hyundai Kona und Kia eNiro verwendet eine Wärmepumpe die die Außenluft als Medium verwendet. D.h. ist die Luft kühler wird sie ineffizienter (also bei Minusgraden). Aber sie hat auch deutliche Vorteile gegenüber eine EQA/EQB oder auch den neuen Wärmepumpen der EVA2 Modelle von EQE und EQS.

Die Wärmepumpen von den Mercedes Modellen und den neuen Hyundai ioniq5 und ioniq6 Modellen (e-GMP) Nutzen die Abwärme des elektrischen Triebstrangs als Quellmedium! D.h. die Abwärme vom E-Motor und der Batterie sowie der Leistungselektronik.

Fährt man nun im Winter nur Kurzstrecken in der Stadt und das Fahrzeug ist kalt, hat das Quellmedium keine Temperatur! Der PTC Zuheizer springt an und ein EQA zieht erstmal bis zu 10 kW aus der Batterie. Der Kona bezieht die Wärme aus der Luft und benötigt nun erstmal nur 3 KW Leistung für die Wärmepumpe.

Auf der Langstrecke dreht sich das dann. Die Systeme werden langsam warm es gibt Abwärme vom elektrischen Triebstrang (zwar massiv weniger als bei einem Verbrenner) und man kann effizienter die Wärmepumpe als mit der kühlen Außenluft betreiben.

Mercedes EQE SUV (X294)
Nach EQE SUV ist nun auch der EQS und die EQE Limousine serienmäßig mit Wärmepumpe ausgestattet

Telsa kombiniert beide Varianten

Telsa hat ebenfalls eine Wärmepumpe an Bord die die Vorteile beider Wärmepumpenarten kombiniert. Tesla nennt es Octavalve. Es ist ein Bauteil welches 8 Ventile (8 Eingänge und 8 Ausgänge) hat. Die Software steuert dann welches Ziel mit welcher Quelle bedient wird. Was ist am effizientesten: Das Interieur mit der Abwärme vom E-Motor gespeist, oder kommt man gerade vom Schnellladen und die Batterie muss gekühlt werden? Sind Batterie und E-Motor noch kalt wird die Wärmepumpe aus der Quelle des Außenluftkreislauf bedient um das Interieur zu beheizen. Der Computer entscheidet aus welcher Quelle man am effizientesten den Zielkreislauf heizen kann.

 

Was macht Mercedes?

Mercedes nutzt derzeit als Quelle die Abwärme des Elektroantriebs und der Hochvoltbatterie um damit den Innenraum zu heizen. Mercedes sagt dazu: „Das senkt den Bedarf an Batteriestrom für die Heizung enorm – Sie profitieren von mehr Reichweite“. Aus Tests mit einem EQA kann jesmb sagen, das gilt insbesondere auf der Langstrecke, aber nicht so sehr im Kurzstreckenbetrieb.

 

Die neuen MMA Technikkomponenten sind so effizient, da bleibt keine bis kaum noch Restwärme als Quelle für die Wärmepumpe
Mercedes Vision EQXX
Vision EQXX Technologie-Spender für die neue MMA Plattform ab Ende 2024

Wohin geht die Reise bei Mercedes?

Mercedes will die Reichweite durch Effizienz erhöhen (Vision EQXX: Efficiency is the new currency!). Das heißt durch extreme Wirkungsgrade bei dem neuen eats 2.0 sowie aufgrund der neuen SIC Leistungselektronik (+5% Reichweite kommt daher, dass es weniger Abwärme gibt), bleibt der neue elektrische Triebstrang vom MMA kalt! Die oben beschriebene Wärmepumpe von EQA/EQB (H/X243) und den EQE/EQS (EVA2 Modelle) eignen sich nur sehr bedingt für die MMA Plattform! Es bleibt keine Abfallwärme mehr für die Wärmepumpe vom Triebstrang übrig.

Für die MMA und die zukünftigen MB.EA Modelle muss eine neue Lösung her. Entweder geht es in Richtung Tesla einer Kombination aus der Quelle Außenluft und Abwärme des Triebstrang bspw. beim Schnellladen oder eine reine Luft-Luft-Wärmepumpe.

Es wird also noch sehr spannend, welche Lösung Mercedes hier in Zukunft vorstellt.

Weitere Informationen:

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2 Antworten

  1. This is not entirely true. Using waste heat from the drive units was done even with the EQS initially. The difference here is that you are using a water cooled condenser to the AC-compressor. This was used with the EQC and EQA as well. When you want to heat your interior you can run the AC-compressor and heat the water in the water cooled condenser. That water is then heating up the interior heat exchanger, instead of letting the PTC-heater heat up the water.

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