Werkstätten müssen aber deshalb nicht um die Zukunft fürchten, denn auch das batterie-elektrisch betriebene Fahrzeug bietet noch genügend Potenzial für Service-, Wartungs- und Instandsetzungsarbeiten. Durch den komplexen Aufbau der Antriebe, etwa die Verbindung von E-Motor und E-Getriebe in einem System oder den Um- und Durchfluss der Traktionsbatterie mit Kühlflüssigkeiten, werden neue Potenziale freigelegt. Wann diese abrufbar sind, lässt sich heute noch nicht mit Sicherheit sagen.

Unterschiedliche Kühlungsarten

Schon seit Längerem forscht Castrol als Teil der BP-Gruppe im Bereich der Thermomanagementflüssigkeiten. Bei einem Lokalaugenschein im Driveline Technology Centre (DTC) im Hamburg gingen die Experten auf aktuelle und künftige Entwicklungen ein. Aktuell würden E-Fahrzeuge in Normalfall über 50 bis 250 kW Ladeleistung verfügen, als Konfiguration steht eine indirekte Kühlung der Traktionsbatterie zu Verfügung. Für die E-Autos von morgen, mit einer Ladeleistung über 250 kW, ist eine Immersionskühlung die bevorzugte Wahl. Für letztgenannten Bereich eigen sich die Castrol ON EV Fluide, die einen effizienten Wärmeübergang bieten und den Energiespeicher vor Alterung schützen.

Der Immersionskühlung gehört die Zukunft

Beim Thermomanagement von Traktionsbatterien sind gewisse Temperaturbereiche entscheidend. Die optimale Temperatur für Batteriezellen liegt zwischen 20 und 45 °C, das Temperaturfenster beim Laden zwischen 5 und 45 °C und jenes für das Entladen bei 0 bis 60 °C. Während bei der Vorkonditionierung der Batteriezellen für Schnelladevorgänge geheizt wird, trägt die Immersionskühlung dazu bei, die Batterie – auch unter Extrembedingungen – im gewünschten Temperaturfenster zu halten. Die Castrol-Entwicklungsaktivitäten beinhalten physische Tests auf Zell-, Modul- und Batteriepack-Ebene. In Tests hätten sich unter anderem die Leistungsvorteile immersionsgekühlter Batterien gezeigt, konkret eine verlängerte Lebensdauer und ein deutlich verringerter Kapazitätsabfall durch verbessertes Thermomanagement. „Je niedriger die Viskosität der Thermalmanagementfluide, desto besser ist der Wärmeübergang“, erklärt Patrick Bauer, Team Leader PD Thermal Management Fluids bei Castrol. Ziel der Fahrzeugbauer bei der Batteriekühlung sei die Lifetime-Befüllung mit entsprechenden Flüssigkeiten, die Fahrzeuge würden aktuell Volumen von 25 bis 50 Liter aufweisen. Aber auch die Sicherheit der Antriebsbatterie und ihr Verhalten bei Beschädigung ist den Forschern wichtig. Im Zuge eines Propagationstests wird die „Kettenreaktion“ nach dem Durchstich von drei Batteriezellen mit einem Nagel simuliert. Auch hier zeigt sich ein Vorteil der Immersionkühlung (Volumenstrom: 4 l/m) gegenüber der indirekten Kühlung (Volumenstrom: 2,5 l/m).

Akkuflüssigkeit ein „fill for life“-Produkt?

In Hamburg forscht Castrol an allen Arten von Flüssigkeiten für Elektrofahrzeuge – darunter fallen Getriebeöle, Fette und die angesprochenen Wärmemanagementflüssigkeiten für die Traktionsbatterie. Während die Hersteller bei den Batteriekühlflüssigkeiten auf ein geschlossenes System mit Einmalfüllung setzen, gibt es bei den Getriebeölen für Werkstätten durchaus Möglichkeiten für Zusatz-erträge. „Während diese Flüssigkeiten in einigen Elektrofahrzeugen als ‚fill for life‘ gelten, benötigen Werkstätten im Falle einer Reparatur ein Ersatzprodukt“, so Bauer. Zudem könnte es erforderlich sein, in bestimmte Anwendungsfällen ein Produkt vorzeitig zu wechseln, um den Schutz der Komponenten zu gewährleisten. Gut vorstellbar seien auch vorgeschriebene Wechselintervalle, etwa alle vier Jahre oder 80.000 Kilometer, heißt es aus Expertenkreisen.

Vorgeschriebene Wechselintervalle

In den ersten Generationen von E-Fahrzeugen ist noch die indirekte Kühlung der Antriebsbatterie verbaut, hier ergeben sich je nach Hersteller unterschiedliche Vorgaben, ob das Kühlmittel für den Akku zu tauschen ist oder nicht. Wechselintervalle gibt es etwa bei diversen Kia- und Hyundai-Modellen, bei manchen schon nach 3, bei anderen erst nach 10 Jahren. Auch bei den einzelnen Füllmengen zeigen sich Unterschiede – zwischen 9 und 20 Liter Kühlflüssigkeit sind je nach Modell zu verwenden.

Breites Anforderungsprofil

Die Anforderungen, die an Thermomanagementflüssigkeiten gestellt werden, sind vielfältig. Vorrangig stehen ein niedriger Wassergehalt, ein entsprechender Korrosionsschutz und eine hohe Materialverträglichkeit auf der Tagesordnung. In einem nächsten Schritt trachten die Entwickler danach, die Viskosität und die elektrische Leitfähigkeit zu minimieren. Zu guter Letzt geht es darum, thermische Stabilität, Nachhaltigkeit, den Flammpunkt und die thermische Leitfähigkeit zu maximieren.

Vom Kühlerschutz- zum Akkukühlmittel

Im großen Feld der Thermomanagementflüssigkeiten für E-Fahrzeuge sind viele weitere bekannte Namen tätig. Einer davon ist BASF mit seiner – für viele als Kühlerschutzmittel bekannten – Marke Glysantin. Für die derzeit überwiegend mit indirekter Akkukühlung konzipierten batterieelektrischen Fahrzeuge hat BASF Glysantin G22 Electrified entwickelt. Es verfügt über eine niedrige elektrische Leitfähigkeit und sorgt für die Aufrechterhaltung von langsamen und stabilen Strömen bei Aussetzung einer Spannungsquelle. Das führt zu einer geringen Flüssigkeitszersetzung und geringen Wasserstofferzeugung.