Neue Materialen
E-Mobile bleiben im Sommer cool
Gegen das Aufheizen von Elektromobilen im Sommer haben Forscher ein Innenverkleidungsmaterial aus »Phase Changing Material« entwickelt, das die Aufheizung des Innenraumes reduziert und dank PV-gestütztem Peltier-Element sogar kühlt. Das funktioniert auch in PKW mit Verbrennungsmotoren.
Weil sich mit gutem Thermomanagement neben der Fahrzeugtemperatur auch die Reichweite von Elektromobilen verbessern lässt, haben die Wissenschaftler des Fraunhofer Intitutes für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF im Rahmen des EU-Forschungsprojektes »OPTEMUS« ihre neu entwickelten Kompositmaterialien zuerst in Elektroautos eingebaut. Bei konstanter Sonneneinstrahlung reduzieren sie die Temperatur um 46 Prozent und sparen den Strom, den sonst eine Klimaanlage verbrauchen würde.
Das Fraunhofer-Institut LBF hat mit unterschiedlichen Trägermaterialien und integrierten Füllstoffen wie Bornitrid und Graphit experimentiert. Am Ende stand ein Material, das einen Phasenübergang durchlaufen kann, ein sogenanntes Phase Changing Material (PCM) mit einem Trägermaterial aus Polyethylen und dem Füllstoff Graphit. Das Graphit verleiht dem Kompositmaterial eine gute thermische Leitfähigkeit und bewirkt eine schnelle Wärmeableitung. Der PCM-Anteil sorgt für eine gute „Energiespeicherung“.
Unter dem Bauteilnamen »Smart Cover Panel« wurden die Arbeitsprinzipien von Graphit und PCM-Material im Projekt zusammengefasst. Um die Vorteile des neuen Materials zu demonstrieren, bauten die Wissenschaftler dieses Bauteil in das Armaturenbrett eines Elektrofahrzeugs ein, um anschließend einen Kreisprozess von Aufheiz- und Kühlphase zu erzeugen. Für die Kühlung sorgten Peltier-Elemente. Diese elektrothermischen Wandler werden ihrerseits mit externen Lüftern gekühlt.
Die Energie für Peltier-Elemente und Kühler kommt aus einer zusätzlichen 12 Volt-Batterie, die mit Photovoltaikstrom gespeist wird. 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. Durch eine entsprechende Regelung wird das Kühlsystem an die Temperatur im Material gekoppelt.
Dies soll zu einer höheren Lebenserwartung der elektronischen Bauelemente führen. 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 begehrte Wärme im Armaturenbrett.
Das neu entwickelte Material wurde mit dem konventionell in Armaturenbrettern verwendeten Polypropylen-Talkum-Compound experimentell verglichen. Dazu beanspruchten die LBF-Wissenschaftler beide Materialien mit einer Strahlungsleistung von 1200 Watt pro Quadratmeter. Nach der Versuchsdauer von 1000 Sekunden beträgt die Temperaturdifferenz auf der Oberfläche der Probekörper rund 41°C. Das entspricht einer Temperaturreduktion von etwa 46 Prozent. Auf das Kompositmaterial wurde zusätzlich sogenanntes TISS-Material (Thickness Insensitive Spectrally Selective) aufgeklebt, das für bessere Haptik und Oberflächeneigenschaften sorgt. TISS reflektiert große Teile der Infrarotstrahlung und verringert somit die Energieaufnahme.
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