Eine Folie beheizt das E-Auto

Im Kampf gegen den Zusatzverbrauch der Heizung setzen Fraunhofer-Wissenschaftler im Elektrofahrzeug auf eine Folie mit Kohlenstoff-Nanoröhren.

Wer ein Elektroauto fährt, steht im Winter vor einem doppelten Dilemma: Die Batterien lassen bei den eisigen Temperaturen nicht die üblichen Reichweiten zu. Und die Heizung im Wagen sorgt für zusätzliche Einbußen in Sachen Kilometer. Es fehlt die Abwärme eines Verbrennungsmotors, und so bedient sich eine Heizung im E-Auto am Strom der Batterie. Flache Heizelemente auf einer Folie sollen besonders bei kurzen Fahrten jetzt Abhilfe schaffen. Ein Anschluss an die Batterie ist zwar ebenfalls nötig. Doch anders als herkömmliche Heizungen, die die erwärmte Luft in den Innenraum pusten, soll die beheizte Folie den Fahrgästen effizienter angenehme Temperaturen bringen. Das sagen die Entwickler vom Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung (IPA).

"Um die Innentemperatur bei 24 Grad Celsius bei einer Außentemperatur von -20 Grad Celsius zu halten, ist ungefähr 4 bis 5 kW an Heizleistung nötig", erklärt Projektleiter Serhat Sahakalkan. "Das reduziert die Reichweite eines Elektrofahrzeugs – abhängig vom Fahrzeugtyp – um rund 50 Prozent." Deshalb arbeitet Sahakalkan zusammen mit weiteren Forschern im Verbundprojekt Fraunhofer Systemforschung Elektromobilität an einem neuartigen Heizkonzept. Ihre Entwicklung basiert auf dünnen und flächigen Heizelementen aus leitfähigen Kohlenstoff-Nanoröhren (CNT).

Eine Beschichtungsanlage trägt die Nanoröhren in einer wasser-basierten Dispersion gleichmäßig auf eine Folie auf. "Die Folie mit den mehrwandigen Nanoröhren lässt sich auf Flächen wie der Türverkleidung aufbringen", so Sahakalkan. Für komplexe Oberflächen haben die Forscher das Heizelement in mehrere Segmente aufgeteilt. So soll die Wärme homogen verteilt werden.

Die Forscher können die Folie in Schichtdicken von 3 bis 15 Mikrometer herstellen. Im Vergleich zu herkömmlichen Heizungen mit Kupferdrähten nehmen CNT-basierte Heizelemente deutlich weniger Bauraum in Anspruch, sagen die Forscher. Bezüglich der Kosten würden die CNTs wenig zu Buche schlagen, da nur eine geringe Menge davon benötigt werde, betont Sahakalkan. Die Hauptkosten würden für die Herstellung insgesamt und die Polyimid-Folie anfallen.

Über dünne und flache Elektroden wird die Heizung ans Bordnetz angeschlossen. Die Wärme entsteht nach dem Joul'schen Gesetz: Fließt Strom durch die Folie, stößt er auf einen natürlichen Widerstand zwischen den einzelnen Nanopartikeln. Die Zusammenstöße produzieren die Wärme. Der Stromverbrauch des Heizelements ist abhängig von mehreren Faktoren: "Kombiniert mit verbesserter Isolierung und einem Thermomanagement kann die zugeführte Heizleistung auf 3 bis 4 kW gesenkt werden", sagt Sahakalkan und bezieht in die Rechnung auch intelligente Mechanismen mit ein, welche die Heizung ein- und ausschalten.

Die Flächenheizung gibt die Wärme sowohl durch Infrarotstrahlung als auch über Konvektion (Wärmeübertragung) ab. Aufgrund der geringen Wärmekapazität der Heizschichten kommen sie schnell auf Temperatur, erklärt der Projektleiter. "Im Bereich der Armlehne und damit nah am Fahrgast oder Fahrer wird es schnell wohlig warm", so Sahakalkan.

Vor allem für den städtischen Verkehr ist der Einsatz der Folie gedacht. Gerade auf den kurzen Fahrten soll die Flächenheizung Fahrer und Fahrgäste wärmen. Als nächstes soll geprüft werden, wie die Entwicklung in die Herstellungsprozesse der Fahrzeuge integrieren ließe. Einen ersten Demonstrator der Folien-basierten Heizung präsentieren die Forscher auf der Automobilmesse IAA ab dem 17. September. (jle)