Thermomanagement-Systeme für Brennstoffzellen-Fahrzeuge

Ein Thermomanagementsystem im Brennstoffzellen-Fahrzeug ist in der Regel komplexer als in herkömmlichen Fahrzeugen mit Verbrennungsmotoren. Während die Batterie situationsbedingt entweder gekühlt oder beheizt werden muss, benötigt die Antriebsachse eine ständige Kühlung. Für die Erwärmung der Fahrgastraums steht keine Abwärme des Verbrennungsmotors zur Verfügung, so dass hierfür energieeffiziente Maßnahmen, z.B. eine Wärmepumpe, eingesetzt werden. Für den Transport der Wärme im Fahrzeug und für das Bereitstellen der benötigten Temperaturen müssen Kältekreislauf und Kühlkreislauf optimal zusammenspielen. Die Verschaltung der beiden Kreisläufe ändert sich je nach Heiz- bzw. Kühlbedarf. Es ergeben sich daraus verschiedene Betriebsmodi.

Die meisten Thermomanagement-Systeme bei Brennstoffzellen-Fahrzeugen sind flüssigkeitsgekühlt, d.h. die Funktionsweise ähnelt der eines Motor-Kühlsystems. Die Leistung und die Lebensdauer von Batterie-Zellen sind eng mit der Leistungsfähigkeit des Thermomanagement-Systeme verknüpft. Ein undichtes Thermomanagement-Systeme innerhalb einer Komponente, z.B. der HV-Batterie kann zu Wassereintritt oder gar Flutung der  Komponente führen. Über die, nach außen, dichten HV-Leitungen & -Stecksysteme kann somit Kühlmittel fast alle Stellen eines HV-Systems erreichen. 

Stellt ein Kfz-Profi einen zu niedrigen Kühlmittelstand im HV-Kühlsystem fest, sollte er zuerst eine Druckabfallprüfung durch klassisches Abdrücken vornehmem – so wie er es von herkömmlichen Kühlsystemen kennt. Bei der Druckbeaufschlagung sind die Herstellervorgaben zu beachten. Nach zehn Minuten dürfen maximal 0,2 bar entwichen sein.  Liegt der Druckabfall im grünen Bereich, kann das fehlende Kühlmittel einfach nachgefüllt werden.  

Fällt der Druck dagegen übermäßig ab, muss der Fachmann von einer möglichen Undichtigkeit ausgehen und sich weiter auf die Suche nach einer Leckage machen. Das Kühlmittel sollte dafür nach Herstellervorgaben abgelassen werden. 

Auch kleine Leckagen haben also eine große Wirkung. Damit ein Thermomanagement-Systeme ordnungsgemäß funktionieren kann, müssen neben Funktionalität und Erfüllung der technischen Daten, zwingend folgende Voraussetzungen erfüllt sein:

Das Thermomanagement-System muss absolut dicht sein 

• Kühlmittel-Austritt führt zu Korrosion an HV-Komponenten, zu reduzierter Kühl- und Heizleistung und zu erhöhter Betriebstemperatur mit möglichen Konsequenzen: Überhitzungen, Kurzschluss, Brand
• Zur Dichtigkeitsprüfung können folgende Produkte von Autotestgeräte Leitenberger eingesetzt werden
  • Kühlsystemprüfset für Hochvoltbatterien (LR 150_EV 1)
  • Dichtigkeitsprüfung von Gehäusen und Komponenten (LTA 01)
• Zur Lokalisierung einer eventuellen Undichtigkeit bieten wir ebenfalls eine Lösung an:
  • Lecktestgerät für Batteriegehäuse (LTBG 04_LR)

Das Thermomanagement-System muss vollständig und blasenfrei befüllt sein

• Ein unvollständig befülltes Thermomanagement-System führt zu einer dauerhaft erhöhten Bauteil-Betriebstemperatur
• Erhöhte Bauteiltemperaturen führen zu einer reduzierten Lebensdauer und -Leistung der elektronischen und elektrischen BE und können zu Überhitzung, Kurzschluss und Brand führen
• Die Befüllung von Thermomanagement-System von HV-Systemen ist von den Prozessen her sehr ähnlich denen an Kühlsystemen von Verbrennungsmotoren.
• Eine ordnungsgemäße Befüllung (in den OEM-Werken und im weltweiten After Sales) des HV-Thermomanagement-System ist folglich zwingend erforderlich.
• Zur ordnungsgemäßen Befüllung eines Thermomanagement-System bietet Autotestgeräte Leitenberger verschiedene Lösungen für jedes Budget an
  • Kühler-Vakuum-Befüllgerät für Brennstoffzellen-Fahrzeugen (KVB01_BZ)
  • Evakuier-, Befüll- und Prüfgerät für Kühlsysteme, Thermomanagement-Systeme von Brennstoffzellen- und E-Fahrzeugen (KVBW 01_230VAC_LR)
  • Automatisches Evakuir-,Befüll- und Prüfgerät für Kühlsysteme (KVBA 01_BZ)
• Zur Restluftbestimmung im befüllten Kühlsystem kann folgendes Produkt eingesetzt werden
  • Restluft-Mengenmessgerät für Kühlsysteme (RLM 01_LR)

Das Thermomanagement-System muss bestmöglich mit einem geeigneten Kühlmittel gegen Korrosion und Frost geschützt sein.

• Aktuelle Kühlmittel müssen mehr als „nur“ kühlen. Sie sind auch wichtig zum Oberflächenschutz von Bauteilen und beinhalten verschiedene Additive.
• Sie schützen bestmöglich gegen Korrosion und Frost.
• Mittel- und langfriste Folgen von Korrosion (Lochfraß, etc.) kann Kühlmittel-Austritt sein.
• Friert Kühlmittel ein, können die mit Kühlmittel befüllten Leitungen und Bauteile, etc. beschädigt werden. Folgeschaden: Kühlmittelaustritt.  
• Der Kühlmittelaustritt kann zu einer dauerhaften Erhöhung der Betriebstemperatur führen.
• Worst-Case-Szenario: Überhitzung, Kurzschluss, Brand
• Zur Analyse des Kühlmittels im Thermomanagement-System bietet Autotestgeräte Leitenberger verschiedene Lösungen 
  • Refraktometer (RFM 05_RGM)
  • Detaillierte Labor-Analysen für Kühlmittel (CD 01, CD 02, CD 03)