e-Kompressor – Kompressor der Zukunft - Was Kfz-Betriebe rund um elektrische Kompressoren wissen müssen

29 November 2019 | Artikel

Die Einführung von Hybrid- und Elektrofahrzeugen ist auf dem Vormarsch, und auch wenn sie bisher noch nicht in Ihrer Werkstatt aufgetaucht sind, ist es gut, darauf vorbereitet zu sein. Es gibt einige wesentliche Unterschiede, die man kennen muss: Einer davon ist die Aufgabe des Klimasystems, das bei Hybrid- und Elektroautos nicht nur den Fahrgastraum kühlt, sondern auch die Batterie, die das Fahrzeug antreibt. Dies ist ein anderer Ansatz für Werkstätten, die sich mit der Wartung und Reparatur von Klimasystemen in Hybrid- oder Elektrofahrzeugen befassen.

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„Wenn die Klimaanlage in einem „normalen" Auto ausfällt, können Sie trotzdem fahren und einfach ein Fenster öffnen. Wenn die Klimaanlage in einem Elektrofahrzeug ausfällt, läuft das Auto nicht, da dies ein Sicherheitsrisiko darstellt: Die Batterie wird zu heiß“, erklärt Richard Groot, Produktspezialist für Klimasysteme bei DENSO Aftermarket. Daraus wird klar, dass der Zustand und die Leistungsfähigkeit von Klimasystemen in Zukunft eine immer wichtigere Rolle spielen werden. DENSO, einer der weltweit führenden Entwickler und Hersteller von Thermosystemen für die Erstausrüstung, gibt Einblicke in eine wichtige Klimakomponente, den e-Kompressor, und gibt nützliche Tipps zur Wartung.

Was ist ein e-Kompressor und wie funktioniert er?

Herkömmliche Kompressoren werden durch einen Riemenantrieb eines Motors angetrieben. Elektrofahrzeuge haben jedoch keine riemengetriebenen Motoren. Daher ist eine andere Art von Kompressor erforderlich.

Ein e-Kompressor von DENSO besteht aus folgenden Komponenten:

  • Kompressoreinheit - enthält einen Scroll-Kompressor zum Ansaugen, Komprimieren und Auslassen von Kältemittel.
  • Elektromotor - um den Kompressor anzutreiben. Ein bürstenloser Gleichstromtyp, bei dem ein Permanentmagnet als Rotor und eine Spule für den Stator verwendet werden.
  • Inverter - um den Motor anzutreiben. Der Umrichter wandelt Gleichstrom (DC) von der Hochvolt-Batterie in Wechselstrom (AC) für den Elektromotor um. Darüber hinaus gibt die Klima-Steuereinheit Verdichterdrehzahlsignale über das Hochvolt-Steuergerät an den Inverter, um die Drehzahl des elektrischen Kompressors zu steuern.
  • Ölabscheider - Kompressoröl kann die Kühlleistung verringern. Daher wird ein Abscheider verwendet, der das Öl aus dem Kühlkreislauf separiert, um die Kühlleistung des Klimasystems zu verbessern.

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Der Elektromotor läuft mit einer hohen Spannung von 200 V oder mehr und wird durch ein Kältemittel gekühlt, da er während des Betriebs Wärme erzeugt. Um den Elektromotor und das Kompressorgehäuse zu isolieren, wird Kompressoröl mit hohen Isoliereigenschaften verwendet.

DENSO fertigt e-Kompressoren bereits seit 2003 in Serie und hat unter anderem den weltweit ersten Kompressor mit integriertem Inverter in einer Komponente auf den Markt gebracht. DENSOs neueste Generation von e-Kompressoren integriert Inverter und Motor, wodurch das Design leichter und schlanker wird und so mehr Platz unter der Motorhaube einspart. Aktuell bietet DENSO dem Aftermarket etwa 30 e-Kompressoren an, die hauptsächlich bei Toyota und Lexus in der Erstausrüstung von Hybrid- und Elektrofahrzeugen verbaut sind.

Kraftstoffeinsparungen und vieles mehr

Das e-Kompressor-Design von DENSO bietet eine Reihe von Vorteilen für Hybrid- und Elektrofahrzeuge:

  • Kontrollierte Drehzahl, die zur Energieeinsparung beiträgt. Richard Groot erklärt: „Wenn Sie die Drehzahl des elektrischen Kompressors steuern, steuern Sie auch den Energieverbrauch. Je weniger Energie Sie für den Antrieb des Kompressors verwenden, desto mehr können Sie zum Fahren des Hybrid- oder Elektrofahrzeugs verwenden. Die Reichweite des Fahrzeugs wird also erhöht, wenn der e-Kompressor bei niedrigen Drehzahlen eine hohe Leistung bietet.“
  • Aufgrund seiner geringen Größe verbraucht der e-Kompressor von DENSO weniger Energie und erweitert die Reichweite der Lithium-Ionen-Akkus.
  • Dank des internen Elektromotors des e-Kompressors kann die Klimaanlage auch dann weiterlaufen, wenn der Hybrid- oder Elektromotor im Leerlauf oder ausgeschaltet ist. „Der elektrische Kompressor arbeitet motorunabhängig. Der Kompressor wird immer vom integrierten Elektromotor angetrieben. Wenn der Hybrid- oder Elektromotor aus ist, kann der e-Kompressor trotzdem arbeiten. „Dies bietet einen erheblichen Vorteil gegenüber Fahrzeugen mit herkömmlicher Kraftstoffversorgung, da die Temperatur im Innenraum kühl gehalten werden kann.
  • Geringere Geräuschentwicklung: Das neueste Design von DENSO ist leiser als die Vorgängermodelle bei gleicher Kühlleistung. Dies bietet eine angenehme Umgebung für die Passagiere im Fahrgastraum.

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Arbeiten mit e-Kompressoren

Sicherheit zuerst, Qualifikation erforderlich

Bei hohen elektrischen Spannungen ist Sicherheit von größter Bedeutung. Sämtliche Wartungs- und Reparaturarbeiten an Elektro- und Hybridfahrzeugen dürfen deshalb nur von Mitarbeitern ausgeführt werden, die auf die Gefahren von Hochvolt-Systemen hingewiesen und über den Nachweis der entsprechenden Schulung verfügen. Die DGUV Information 200-005 sieht aktuell drei unterschiedliche Qualifikationsstufen vor, die sich in nichtelektrotechnische Arbeiten, elektrotechnische Arbeiten und elektrotechnische Arbeiten unter Spannung am HV-System unterscheiden. Grundsätzlich gilt, dass niemand Arbeiten, egal welcher Art an einem Hochvoltfahrzeug vornehmen darf, der nicht mindestens über Stufe 1 verfügt. Außerdem dürfen nur Werkzeuge eingesetzt werden, die den Spezifikationen der Hybrid-Fahrzeughersteller entsprechen. Richard Groot betont: „Sie müssen einige Vorsichtsmaßnahmen treffen, bevor Sie an einem Hochspannungssystem arbeiten. Denken Sie daran, dass der Kompressor von der Hochvoltbatterie angetrieben wird. Die Ausgangsleistung liegt zwischen 200 und 400 Volt oder mehr. Sie können Kompressoren nicht einfach wechseln. Bevor Sie arbeiten, müssen Sie die Batterie abklemmen und die dafür notwendigen Vorkehrungen treffen.“

Korrektes Öl mit isolierenden Eigenschaften

Es ist wichtig, auf die Art des Kompressoröls zu achten, da sich das Kompressoröl für elektrische Kompressoren in der Regel von dem für mechanisch angetriebene Kompressoren unterscheidet. So ist das Kompressoröl für e-Kompressoren ein POE Öl mit der Besonderheit, dass es im Gegensatz zum PAG Öl nicht elektrisch leitend ist. DENSO empfiehlt für seine e-Kompressoren die Verwendung von DENSO ND-Öl 11, da es stark isolierend ist und somit den Elektromotor schützt. „Hier liegt eine immense Fehlerquelle. Es gibt Beispiele von Werkstätten, in denen die Mechaniker die verschiedenen Ölarten nicht kennen und das Öl vermischt wird. Dadurch kann der Kompressor ausfallen. Wenn Sie das falsche Öl verwenden, kann dies einen Kurzschluss verursachen und den Elektromotor im Kompressor zerstören“, sagt Richard Groot. Zudem ist es wichtig bei der Verwendung von UV-Farbstoff sicherzustellen, dass Sie den richtigen UV-Farbstoff mit SAE-Zulassung verwenden. Jeder andere (meist billige) UV-Farbstoff kann Probleme mit den Isoliereigenschaften des Kompressoröls verursachen.

Nachfüllen: Öl-Verunreinigungen sind auszuschließen

Vergessen Sie Ihr Klimaservicegerät nicht. „Normalerweise kann das Klimaservicegerät, das in den meisten Werkstätten verwendet wird, nur eine Ölsorte bewältigen. Wenn Sie also Hybrid- oder Elektrofahrzeuge warten, sollten Sie dies im Hinterkopf behalten.“ Es gibt verschiedene Lösungen auf dem Markt, um dieses Problem zu vermeiden. Beispielsweise gibt es Servicestationen mit internem Spülprogramm, so dass Sie die Ölsorte wechseln können. Solche Klimaservicegeräte, die über einen PAG Öl-Anschluss und einem POE Öl-Anschluss verfügen, nutzen denselben Kreislauf. Deshalb müssen vor der Verwendung von POE Öl das Klimaservicegerät und die Serviceschläuche über die entsprechende Funktionswahl im Menü des Klimaservicegerätes gespült werden, um PAG Öl-Reste zu beseitigen. Denn schon wenn kleinste Restmengen PAG Öl, die sich noch in den Klimaserviceschläuchen befinden, ins System gelangen, kann dies dazu führen, dass der e-Kompressor einen Kurzschluss erleidet. Um vorzubeugen und die Sicherheit zu erhöhen, empfiehlt DENSO deshalb, separate Arbeitsgeräte für Hybrid- und Elektrofahrzeuge zu haben.

Wartung ist entscheidend

Der e-Kompressor ist hermetisch geschlossen. Es gibt keine Wellendichtung, also auch kein potenzielles Risiko einer Kältemittelentweichung in die Außenluft. Dies bedeutet, dass die Leckagerate des Kältemittels im Vergleich zu einem mechanisch angetriebenen Kompressor geringer ist. Dies bedeutet jedoch nicht, dass Hybrid- oder Elektrofahrzeuge keine Klimaanlagenwartung benötigen. Weitere Informationen finden Sie im Handbuch des Autoherstellers. „Stellen Sie sicher, dass sich die Kältemittelmenge auf dem richtigen Niveau befindet. Die Probleme beginnen, wenn Kältemittel im Klimasystem fehlt oder ein kritischer Wert erreicht wird, da der Kompressor dann normalerweise ausfällt", rät Richard Groot.

 

Wie sieht die Zukunft aus?

Wie alle Technologien werden sich e-Kompressoren und das Klimasystem in Hybrid- und Elektrofahrzeugen kontinuierlich weiterentwickeln. Daher müssen die Werkstätten ihr Wissen ständig aktualisieren, um sie warten zu können. Viele Veränderungen sind auf das Erreichen eines der schwierigsten Ziele für Elektrofahrzeuge gerichtet: die Erweiterung der Reichweite. Aufgrund des hohen Stromverbrauchs hat das Klimasystem einen großen Einfluss auf die Reichweite und es besteht Optimierungsbedarf. Zukünftige Systeme verwenden möglicherweise einen integrierten Konstruktionsansatz, um Komponenten zu sparen und das Design so zu verbessern, dass weiterer Platz und Gewicht eingespart werden. Ganzheitliche und vorausschauende Steuerungsfunktionen verbessern die Energieeffizienz und tragen zur Erweiterung der Reichweite bei.

Richard Groot meint: „Die Zukunft wird völlig anders aussehen, weil die Klimaanlage mehr zu einer Art Wärmemanagementsystem werden wird. Es geht nicht nur um die Kühlung des Fahrgastraums und der Batterie, sondern auch um das Heizsystem und die Effizienz. In 10-15 Jahren ist es aufgrund der Komplexität nicht einfach, Probleme mit Thermosystemen zu diagnostizieren. „Grund genug, mit den Veränderungen auf dem Laufenden zu bleiben und ein Auge auf das zu haben, was als Nächstes kommen könnte.“

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