• Studien-Infotag 27. Januar 2018 Stuttgart

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Die Konzeption eines Klimapakets für die Generierung eines energieeffizienten Thermokomforts im smart electric drive

von Julia Le Cocg, Absolventin Master of Business Engineering

Die Elektromobilität steht in Deutschland in der heutigen Zeit erst am Anfang ihrer Entwicklung und ist für den Otto-Normal-Verbraucher eher Zukunftsmusik. Gleichzeitig wird ihr im Hinblick auf den Klimawandel und der endenden Erdölressourcen ein stetig wachsender Stellenwert beigemessen. Hohe Mobilitätsansprüche einer ständig wachsenden Weltbevölkerung sowie steigende Anforderungen an die Luftqualität in urbanen Ballungsräumen zeigen die Notwendigkeit zur Entwicklung von alternativen Antriebstechnologien in der Automobilbranche. Dabei spielen Elektrofahrzeuge eine Schlüsselrolle bei der Energiewende von heute. 

Die Bundesregierung gibt vor, dass bis zum Jahr 2020 mindestens eine Million Elektro- und Hybridfahrzeuge auf deutschen Straßen fahren werden. Bis 2030 sollen circa fünf Millionen Fahrzeuge elektrisch betrieben werden und bis zum Jahre 2050 wird der urbane Verkehr vorwiegend ohne fossile Brennstoffe auskommen müssen. Im Mai 2012 wurde hierzu die „Nationale Plattform Elektromobilität“ gegründet. Diese Institution soll geeignete Rahmenbedingungen für eine klimafreundliche Form der Mobilität schaffen.

Ziel ist es, Elektrofahrzeuge „grün“, das heißt mit sauberem Strom aus erneuerbaren Energien anzutreiben, um somit langfristig die Umwelt schonen zu können. Elektrofahrzeuge stehen für die Senkung der Treibhausgase, für die Bekämpfung des Klimawandels und der Luftverschmutzung. Elektrisch betriebene Fahrzeuge erscheinen daher in erster Linie vorteilhaft, da sie keine Schadstoffe emittieren. Der Ladevorgang von Elektrofahrzeugen über das konventionelle Stromnetz bedingt jedoch die Entstehung von lokalen Emissionen. Der Ladestrom hierzu wird in Kraftwerken erzeugt, welche die elektrische Energie aus Rohstoffen wie Kohle, Gas oder Erdöl gewinnen. Die Emissionen sind dementsprechend abhängig vom jeweiligen Kraftwerkstyp und Stromerzeuger. Wirklich „grün“ sind nur diejenigen Fahrzeuge, die mithilfe von natürlichen Ressourcen, das heißt Wasser- oder Solarenergie aufgeladen werden. 

Julia Le Cocg setzte im Rahmen ihres Studiums zum Master of Business Engineering die Konzipierung eines intelligenten Klimapaketentwurfs im Elektrofahrzeug smart electric drive (ed) für die Daimler AG um. Das Fahrzeug sollte in diesem Zusammenhang mit einem energieeffizienten Klimapaket ausgestattet werden, um so für eine Optimierung des Thermokomforts im Fahrgastraum zu sorgen. Gleichzeitig sollte auch ein Reichweitengewinn für den smart electric drive erzielt werden. Da sowohl die Fortbewegung als auch die Klimatisierung eines Elektrofahrzeugs mit einem Lithium-Ionen-Akkumulator ermöglicht wird, wird ein Großteil der Energie für die Klimatisierung der Fahrgastzelle bei kalten Witterungsbedingungen aufgewendet. Dadurch leidet die Reichweite dementsprechend, da der smart ed im Gegensatz zu Fahrzeugen mit Verbrennungsmotoren nur in geringem Maße die Abwärme des Motors nutzen kann.

Vor diesem Hintergrund setzte sich Julia Le Cocg mit der Beantwortung der Fragestellung „Wie generiert man Thermokomfort im smart electric vehicle - unter der Voraussetzung, den Fahrgastraum energieeffizient bei -7 Grad Celsius Umgebungstemperatur erwärmen zu können?“ im Rahmen Ihres Projekt-Kompetenz-Studiums auseinander. Der Schwerpunkt der Arbeit lag dabei auf der Konzipierung eines intelligenten Klimapaketentwurfs, welches den thermischen Komfort im Innenraum eines Elektrofahrzeugs einerseits im Zusammenhang mit der Reichweite andererseits optimieren sollte.

Im Rahmen einer Probandentestreihe bewertete Julia Le Cocg mit einem Fragebogen den subjektiv wahrgenommenen Thermokomfort im Innenraum des Fahrzeugs. Hierzu wurden mehrere Versuchsreihen mit verschiedenen Kontaktflächenheizelementen, wie beispielsweise einer Sitz- und Lenkradheizung mit unterschiedlichen Heizstrategien (Temperaturen) durchgeführt. Für die Versuchsreihen wurden die Probanden mit insgesamt sieben Messstellen am Körper ausgestattet. 

Die Ergebnisse der Testreihen wurden anschließend im Hinblick auf die Energieeffizienz und Akkukapazität im Elektrofahrzeug ausgewertet. Auf diese Weise soll der Endkunde mit einer systematischen Lösung im Bereich Thermokomfort und einem intelligentem Energiemanagement begeistert und überzeugt werden. 

Als Ergebnis ihres Projektes konnte Julia Le Cocg ein ausgearbeitetes Konzept für ein Klimapaket entwickeln, welches eine energieeffiziente Klimatisierung der Fahrgastzelle unter Einsatz von Kontaktflächenheizelementen realisiert. Die Problematik der ungenügenden Reichweitenspanne bei Elektrofahrzeugen ist allgemein bekannt und demzufolge empfiehlt es sich, bei kalten bis sehr kalten Witterungsbedingungen das Fahrzeug, wenn möglich vor zu konditionieren, „Pre Conditioning“ genannt. Die verfügbare Reichweite kann auf diese Weise im smart ed erhöht werden. Der Kunde erfährt durch die Vorkonditionierung eine Sensation für sein Temperatur- und Komfortempfinden bei kalten Umgebungstemperaturen. Smart kann diese Erkenntnis nutzen, um ein herausragendes Leistungsmerkmal kommunizieren zu können.

Die erreichte Qualität des Klimapaketentwurfs stellte insgesamt ein zufriedenstellendes Ergebnis dar. Die Arbeit von Julia Le Cocg kann außerdem im weiteren Sinne als „Handbuch“ für die zukünftige Entwicklung und Gestaltung von Klimatisierungsmodellen für Elektrofahrzeuge bei der Daimler AG in Betracht gezogen werden.