DLR entwickelt thermischen Speicher für E-Busse

Im Rahmen des Projekts THS-Bus wollen Wissenschaftler des DLR aus Stuttgart einen neuen thermischen Hochleistungsspeicher entwickeln. Das System soll als Innenraumheizung für E-Busse dienen und die bisherigen elektrischen Heizer weitgehend ersetzen.

Die Herausforderung: Ohne die Abwärme des großen Verbrennungsmotors muss die elektrische Heizung in einem Batterie-elektrischen Bus besonders bei niedrigen Umgebungstemperaturen die gesamte Wärme selbst erzeugen. Und da regelmäßig beim Öffnen der Türen an Haltestellen warme Luft entweicht und auch die Fensterflächen groß sind, ist der Bedarf an Heizleistung enorm. Im Winter kann der Reichweitenverlust durch den zusätzlichen Heizbedarf bei bis zu 50 Prozent liegen, wenn die elektrische Heizung ihre Energie aus der Antriebsbatterie bezieht – in einigen Spezialfällen sogar noch höher.

In dem vom Landesministerium für Wirtschaft, Arbeit und Wohnungsbau Baden-Württemberg geförderten Projekt THS-Bus soll nun das Potenzial „Thermischer Hochleistungsspeicher (THS) auf Basis metallischer Phasenwechselmaterialien (mPCM) für den Einsatz als Innenraumheizsystem in Batterie-elektrischen Bussen demonstriert werden“, wie das DLR auf der Projekt-Homepage schreibt. Als Referenzfahrzeug dient ein E-Bus der Firma Cobus, wie er auf dem Vorfeld des Stuttgarter Flughafens eingesetzt wird, um Passagiere zwischen dem Terminal und einem Flugzeug auf dem Vorfeld zu transportieren. Auf Basis dieser Referenz soll nun ein solcher thermischer Hochleistungsspeicher konzeptioniert, ausgelegt und im Labor getestet werden.

Dabei setzt das Team um Werner Kraft, Kompetenzfeldleiter Thermische Hochleistungsspeicher beim Institut für Fahrzeugkonzepte des DLR, unter anderem auf die Ergebnisse des früheren DLR-Projekts DuoTherm. Die metallischen Phasenwechselmaterialien funktionieren nach einem ähnlichen Prinzip wie die bekannten „Taschenwärmer“. Diese geben Wärmeenergie frei, sobald die Flüssigkeit im Inneren erstarrt. Auch die metallischen Latentwärmespeicher nehmen bei einem Phasenwechsel, zum Beispiel von fest zu flüssig sogenannte latente oder verborgene Wärme auf und können diese wieder freigeben. Im Falle des E-Bus heißt das, dass elektrische Energie aus der Ladestation oder zum rekuperierte Bremsenergie den thermischen Speicher laden kann – später kann die Energie dann in Form von Wärme wieder abgegeben werden und den Innenraum des Busses heizen.

Während bei dem DuoTherm-Projekt noch der Einsatz in einem Elektroauto untersucht wurde (Projektpartner war unter anderem Audi) hat sich laut Projektleiter Kraft gezeigt, dass ein solches System in Batterie-elektrischen Bussen besser eingesetzt werden kann. „Bei E-Bussen haben die Betreiber ein planbares Szenario mit den täglichen Fahrleistungen und den Lademöglichkeiten“, sagt Kraft im Gespräch mit electrive.net. „Zudem ist bei Bussen der Anteil des Heizenergiebedarfs am Gesamtenrgiebedarf höher als in einem Pkw.“ Und wegen der Auslegung auf deutlich höhere Laufleistungen seien die Batterien von E-Bussen teurer als etwa ein einem E-Auto. So ist es womöglich wirtschaftlicher, die Heizungsenergie in einem anderen System zu speichern als in zusätzlicher Batteriekapazität.

„Ein wesentlicher Vorteil des thermischen Hochleistungsspeichers ist die höhere Energiedichte“, sagt Kraft. Ein solcher Speicher, der 50 kWh für die Heizung bereitstellt, würde in der Praxis zwischen 200 und 250 Kilogramm wiegen, so Kraft – und damit weniger als eine Batterie mit vergleichbarem Energiegehalt. Zudem sind die Speichermaterialien laut dem DLR-Wissenschaftler vollständig recyclebar.

In dem bis Mitte 2021 angesetzten Projekt, an dem auch die Stuttgarter Flughafen GmbH und der Klimasystem-Zulieferer Konvekta als assoziierte Partner beteiligt sind, soll ein funktionsfähiger Demonstrator eines solchen Heizsystems entwickelt werden. Grundsätzlich möglich sind laut Kraft zwei Layouts: Der thermische Speicher dient entweder als alleinige Lösung für die Heizung oder arbeitet in Verbindung mit einer Wärmepumpe. Die bisherigen elektrischen Heizer – oder teilweise in E-Bussen eingesetzten Diesel-Heizungen – sollen komplett ersetzt werden.
dlr.de