Für die einen ist die Elektromobilität das Konzept der Zukunft. Für die anderen zumindest ein entscheidender Bestandteil eines umweltfreundlichen Antriebsmixes. MANN+HUMMEL ist offen für alle Optionen und entwickelt gezielt Produkte, die eine emissionsfreie Mobilität unterstützen.

Auch wenn immer mehr europäische und asiatische Staaten einen stufenweisen Rückgang des Verbrennungsmotors beschließen, herrscht noch Uneinigkeit über die Alternative. Neben dem rein batterieelektrischen Ansatz stehen auch elektrifizierte Hybridkonzepte wie 48-Volt-, Mild- und Voll-Hybride im Fokus der Entwicklungsaktivitäten der Fahrzeughersteller. Während die Antriebsenergie bei rein batterieelektrischen Fahrzeugen (BEV) aus den mitgeführten Batteriezellen stammt, wird sie bei Brennstoffzellen on-board aus Wasserstoff erzeugt. Beide Ansätze haben eines gemeinsam: Sie erfordern an die jeweiligen Anforderungen angepasste Lösungen beim Thermomanagement und bei der effizienten Filtration der Kühlkreisläufe. Speziell dafür hat MANN+HUMMEL sein bestehendes Filtermedienportfolio für die E-Mobilität („eM“) erweitert: MULTIGRADE eM-CO und MULTIGRADE eM-CW für die Filtration von Kühlmitteln auf Öl und Wasserbasis in Batterie- und Brennstoffzellen- Fahrzeugen.

Kühlung ist das A und O

Die Anforderungen der neuen Antriebskonzepte an das Thermomanagement haben es in sich. Die für batterieelektrische Antriebe verwendeten Lithium-Ionen-Zellen mit hoher Speicherkapazität lassen sich nur in einem eng begrenzten Temperaturfenster betreiben, wobei die Wärmeverteilung möglichst homogen sein muss. Hohe, ungleichmäßige Temperaturen führen zum Verlust von Speicherkapazität und somit zu einer reduzierten Reichweite des Fahrzeugs. Eine starke Überhitzung des Batteriepacks kann sogar zum sogenannten Thermal Runaway, der vollständigen Zerstörung des Systems, führen.

Wärme ist auch der Knackpunkt beim Brennstoffzellen-Antrieb. Anders als Batterien sind Brennstoffzellen keine Energiespeicher, sondern -wandler. Die Energie entsteht durch die Reaktion von im Brennstoffzellentank mitgeführtem Wasserstoff mit Luftsauerstoff. Durch Katalyse bildet sich Wasserdampf. Dabei entsteht nicht nur Energie, sondern auch Wärme. Zur Wärmeabfuhr bietet sich bei Batterie- und Brennstoffzellenpacks die indirekte Kühlung über mit Wasser-Glykolmischungen gefüllte Kühlkanäle an. Einzelne Batteriezellen lassen sich aber auch direkt mit nicht leitfähigen Medien kühlen. Speziell entwickelte Kühlöle stellen hierbei eine gleichmäßige Wärmeabfuhr sicher. Bei beiden Möglichkeiten gilt es auszuschließen, dass Partikel in der Kühlflüssigkeit die feinen Kühlkanäle verstopfen, beziehungsweise zum erhöhten Verschleiß der Pumpe beitragen.

Differenzdruckoptimiert

Mit den speziell für den Einsatz in batterieelektrischen Antrieben entwickelten MULTIGRADE eM-CO Filtermedien trägt MANN+HUMMEL den Anforderungen bezüglich niedrigem Differenzdruck und hoher Schmutzaufnahmekapazität Rechnung. Dabei zeichnen sich die vollsynthetischen Medien durch eine hohe chemische Beständigkeit gegenüber den eingesetzten niederviskosen Ölen und dielektrischen Flüssigkeiten aus. Ein reinseitiges Stützgitter, welches die Falten auf einem optimalen Abstand zueinander hält, sichert die mechanische Stabilität des Filterelements. So lässt sich die gesamte Filterfläche dauerhaft nutzen. Das führt auch bei niedrigen Temperaturen sowie hohen Volumenströmen zu einem geringen Differenzdruck. Die Filtermedienklasse MULTIGRADE eM-CO deckt derzeit bei 99,5 Prozent Abscheidegrad ein Spektrum von 50 bis 180 Mikrometer Partikel ab.  Ebenso effizient ist die Filtermedienklasse MULTIGRADE eM-CW bei der Filtration von wasserbasierten Kühlmitteln, die für das Thermomanagement von Brennstoffzellenpacks zum Einsatz kommen. Da für die Kühlung Volumenströme von bis zu 15.000 Litern pro Stunde erforderlich sind, muss das Filterelement sowohl druckstabil als auch differenzdruck-optimiert ausgelegt werden. Dank eines Edelstahlgitters zeichnet es sich durch hohe mechanische Stabilität aus. Die geeignete Materialauswahl für alle Komponenten reduziert das Auswaschen von Ionen (Dissoziation beziehungsweise Ionenaustrag) auf ein Minimum und schützt somit die Brennstoffzelle vor Leistungsverlusten. Das Medium MULTIGRADE eM-CW 180 scheidet über 99 Prozent aller Partikel, die größer als 180 Mikrometer sind, ab.

Herausforderungen und Erfolge

Um diese neuen, richtungsweisenden Filtrationslösungen zur Marktreife zu bringen, ist der Aufbau neuer Prüfstände und die Entwicklung neuer Testmethoden notwendig. Hier kann MANN+HUMMEL auf sein jahrzehntelanges Know-how zurückgreifen und rasch die Voraussetzungen schaffen, um Produkte schon während der Entwicklungsphase seriennah zu erproben. Für erste Validierungsversuche am feldnahen Prüfstand wurden Ende 2017 erste Prototypen mit MULTIGRADE eM-CW an Kunden ausgeliefert. Für die Filtration von Kühlöl für die Batteriezellen-Kühlung befinden sich die Filter ebenfalls in der Fahrzeugerprobung. Für beide Filtrationsanwendungen hat MANN+HUMMEL bereits Serienaufträge gewonnen. Zusätzlich zum Einsatz in Kühlkreisläufen wurde das MULTIGRADE eM-CO Filtermedienportfolio bereits erfolgreich für den Einsatz in E-Achsen getestet und befindet sich derzeit in der Fahrzeugerprobung.