Werfen wir einen Blick auf die fünf führenden Unternehmen, die das Wärmemanagement in Elektrofahrzeugen revolutionieren, und sehen wir uns an, was sie patentiert haben oder zu patentieren versuchen, und zwar auf der Grundlage von Informationen, die das United States Patent and Trademark Office (USPTO) öffentlich zugänglich gemacht hat.
Mahle International
Das 1920 gegründete Unternehmen Mahle ist einer der größten Automobilzulieferer der Welt. Das Unternehmen entwickelt Wärmemanagementlösungen für Elektrofahrzeuge, wie z. B. Batteriekühlsysteme und Komponenten für den Antriebsstrang. Die Konzepte des in Deutschland ansässigen Unternehmens zielen darauf ab, die Abwärme des Elektromotors und der Leistungselektronik mit Hilfe eines elektronischen Kompressors zu nutzen, um eine hohe Energieeffizienz zu gewährleisten, die die Reichweite von batteriebetriebenen Elektrofahrzeugen erhöhen kann. Mahle behauptet, dass die Batteriereichweite eines Fahrzeugs mit seiner innovativen Technologie um bis zu 20 Prozent erhöht werden kann.
Die US-Patentanmeldung US20200335838A1 mit dem Titel "Device for Cooling a Battery", die Mahle International zugewiesen wurde, beschreibt eine Vorrichtung zur Kühlung einer Fahrzeugbatterie in einem Elektro- oder Hybridfahrzeug. Die Vorrichtung umfasst einen Kühlmittelkreislauf, einen Kältemittelkreislauf und eine erste Ventilvorrichtung. Der Kühlmittelkreislauf umfasst ferner einen Kühlmittelkühler, eine Kühlmittelpumpe und einen Kühler. Die Kältemaschine ist zusätzlich in den Kältemittelkreislauf integriert, der außerdem einen Kompressor, einen Kondensator und einen Verdampfer umfasst. Die erste Ventilvorrichtung ermöglicht eine effiziente Aufteilung des Kühlmittelstroms zwischen dem Kühler und dem Kühlmittelkühler.
Valeo
Der französische Automobilzulieferer Valeo wurde 1923 gegründet. Das Unternehmen hat innovative Systeme entwickelt, um das Wärmemanagement von Motoren zu optimieren, die Energieeffizienz von Komfort-Systemen für Passagiere zu verbessern, die Aerodynamik von Fahrzeugen zu optimieren und Fahrzeuge leichter zu machen, wodurch der Kraftstoffverbrauch und die Emissionen von Kohlendioxid und schädlichen Gasen und Partikeln reduziert werden. Der zunehmende Einsatz von Elektronik in Fahrzeugen hat neue Lösungen für das Wärmemanagement erforderlich gemacht, um den Komfort der Passagiere zu gewährleisten, ohne die Autonomie des Fahrzeugs zu beeinträchtigen.
Die PCT-Anmeldung WO2021116629A1 mit dem Titel "Device for Cooling a Battery Pack", die Valeo Systemes Thermiques zugewiesen wurde, beschreibt eine Vorrichtung zur Kühlung einer Vielzahl von elektronischen Elementen, die in einem Gehäuse angeordnet sind und bei der Stromversorgung eines Geräts oder eines Fahrzeugs Wärme erzeugen. Die Vorrichtung umfasst mindestens ein Element, das ein zweiphasiges dielektrisches Fluid auf die elektronischen Elemente schleudert, sowie einen Kondensator mit einem Kühlflüssigkeitskreislauf. Das Gehäuse enthält einen Behälter zur Rückgewinnung des dielektrischen Fluids. Die Kühlvorrichtung umfasst einen Kreislauf für die dielektrische Flüssigkeit, der mit einer Umwälzpumpe versehen ist, die so konfiguriert ist, dass sie die dielektrische Flüssigkeit aus dem Rückgewinnungstank ansaugt und die Flüssigkeit zum Sprühelement fördert.
Denso
Denso wurde 1949 nach der Trennung von Toyota Motor in Kariya, Japan, gegründet. Der derzeitige Schwerpunkt im Bereich der Elektrofahrzeuge liegt auf Komponenten wie Hochleistungsumrichtern, Motoren und Batterien sowie auf Steuerungs- und Managementtechnologien zur Maximierung der Leistung von elektrisch angetriebenen Fahrzeugen. Das Wärmemanagementgerät des Unternehmens für Fahrzeugsysteme verwendet eine Wärmepumpe. Das System extrahiert Dampf mit hoher Dichte und injiziert ihn in einen Kompressor, um die Leistung in kalten Umgebungen zu verbessern und so den Nachteil einer Wärmepumpe zu überwinden.
Die US-Patentanmeldung US20210016628A1 mit dem Titel "Thermal Management Device for Vehicle" (Wärmemanagementvorrichtung für ein Fahrzeug), die Denso zugewiesen wurde, beschreibt ein Wärmemanagementsystem für ein Fahrzeug, das einen Kühlmittelkreislauf zum Heizen, einen Wärmepumpenkreislauf und einen Kühlmittelkreislauf zur Wärmeabgabe umfasst. Das System ist so ausgelegt, dass es die Abwärme von Geräten im Fahrzeug (z. B. einer Batterie [50]) aufnimmt und die Wärme zurückführt. Das System nutzt einen Wärmepumpenkreislauf, um die Wärme über eine Flüssigkeit aufzunehmen und den Wärmeaustausch zu erleichtern. Der Kältemittelkreislauf mit Wärmeabgabe nutzt die erwärmte Flüssigkeit, um die aufgenommene Wärme an die Außenluft abzugeben oder als Wärmequelle für die Erwärmung der in den Fahrzeuginnenraum eingeblasenen Lüftungsluft.
QuantumScape
QuantumScape ist ein im Jahr 2010 gegründetes Silicon-Valley-Batterieunternehmen in der Frühphase. Es entwickelt Festkörperbatterien der nächsten Generation unter Verwendung von Lithium-Metall-Anoden und einem stabilen Elektrolyten, die gleichzeitig die Anforderungen an eine hohe Energiedichte, eine schnelle Aufladung, eine lange Zykluslebensdauer und einen breiten Temperaturbereich erfüllen können. Die Batterietechnologie des Gründers Jagdeep Singh und seines Teams verspricht, die Reichweite von Elektroautos um bis zu 50 % gegenüber der heutigen Lithium-Ionen-Technologie zu erhöhen und gleichzeitig die Ladezeit für eine lange Fahrt auf nur 15 Minuten zu reduzieren. Der größte Anteilseigner von QuantumScape ist Volkswagen, der größte Automobilhersteller der Welt, der stark auf diese Technologie setzt. Das hoch bewertete Startup-Unternehmen ist der Ansicht, dass stabile Elektrolyte eine höhere Energiedichte aufweisen, was es ermöglicht, aus kleineren und leichteren Batterien mehr Leistung herauszuholen. Feste Elektrolyte sollen auch ein besseres Wärmemanagement ermöglichen und weniger abhängig von den Kühlstrukturen sein, die in heutigen Elektroautos verwendet werden.
US-Patentanmeldung US20210197692A1 mit dem Titel "Thermal Management System for Vehicles with an Electric Powertrain" (Wärmemanagementsystem für Fahrzeuge mit elektrischem Antriebsstrang) zugewiesen an Quantumscape Battery Inc. beschreibt ein Wärmemanagementsystem, das es einer Vielzahl von Komponenten ermöglicht, mit einem einzigen Wärmekreislauf zu arbeiten und je nach Bedarf Wärmeenergie zwischen dem Batteriesystem, anderen Komponenten des Antriebsstrangs und Klimakomponenten auszutauschen. Ein einziger oder einfacher Wärmekreislauf ermöglicht eine schnellere Aufheizung und Abkühlung.
Rivian
Rivian, ein in Irvine ansässiger Hersteller von Elektrofahrzeugen, wurde im Jahr 2009 gegründet. Das hoch geschätzte Unternehmen produziert seinen R1T-Pickup-Truck und R1S-SUV sowie kommerzielle Lieferwagen für Amazon. Es entwickelt Batterien, die über einen speziellen Heiz- und Kühlkreislauf verfügen, der eine Batterie je nach Bedarf intelligent auf die optimale Temperatur vorbereiten kann. In einer sehr kalten Umgebung wird die Batterie auf einer höheren Temperatur gehalten, um ihre Effizienz zu maximieren. Das gleiche Prinzip wird auf einen separaten Traktionskreislauf angewandt, um den Motor und den Wechselrichter in ihrem besten Zustand zu halten. Der Motor und der Wechselrichter verfügen über einen Wasser-Glykol-Kreislauf zur Kühlung des Stators und der Leistungselektronik sowie einen dritten Kreislauf für den Fahrgastraum und den Wechselrichter.
Die US-Patentanmeldung US20210126301A1 mit dem Titel "Cylindrical Battery Cell Packaging and Cooling Configuration" (Zylindrische Batteriezellenverpackung und Kühlkonfiguration), die Rivian Automotiv zugewiesen wurde, beschreibt Systeme und Verfahren zur Verbesserung der Kühlung von Batterien. Bei diesem Verfahren werden die Batteriezellen an den Enden der Zellen mit den gegenüberliegenden Seiten einer Kühlplatte verbunden. Auf jeder Seite der Kühlplatte können sich eine oder mehrere Batteriezellen befinden, die in zueinander versetzten Reihen angeordnet sind, um die Packungsdichte zu erhöhen (z. B. in einer sechseckigen, dicht gepackten Anordnung). Jede Batteriezelle kann an dem Ende, das nicht mit der Kühlplatte verbunden ist, eine Entlüftung aufweisen, die so konfiguriert ist, dass sie bei einem thermischen Ereignis, wie z. B. einer Überladung oder einem Ausfall der Zelle, Gas abgibt. Die Kühlplatte hat eine gute thermische Ankopplung und kann eine Kühlflüssigkeit enthalten, z. B. eine Lösung aus Ethylenglykol und Wasser, Propylenglykol und Wasser, eine Methanollösung usw. Die Kühlplatte kann eine allgemein rechteckige Form haben, mit einer Einlassöffnung für die Kühlflüssigkeit zum Eintritt in die Kühlplatte und einer Auslassöffnung für die Kühlflüssigkeit zum Austritt aus der Kühlplatte. Das Verfahren umfasst die Zufuhr einer Kühlflüssigkeit zu der Eingangsöffnung der Kühlplatte. Das Verfahren umfasst ferner das Ablassen der erwärmten Kühlflüssigkeit durch die Ausgangsöffnung der Kühlplatte, wodurch die von den Batteriezellen erzeugte Wärme abgeführt wird.
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