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Latent heat storage systems are a promising technology for storing and providing thermal energy with low volume, mass and cost requirements, especially when operated at high temperatures. Metallic phase change materials are particularly advantageous for high thermal input and output, which is especially important for mobile applications. When designing a storage system, it is essential to have precise knowledge about the potential storage capacity. However, the system’s storage capacity is typically calculated from material properties determined at lab scale, although systemic boundary conditions can have a considerable influence. Systemic influences can result from thermal and reactive interfaces or from the storage design. In order to consider these influences, we propose three calorimetric procedures to thermally analyse high-temperature metallic latent energy storage systems at an application scale. We examined the procedures in a transient simulation environment, monitoring the storage capacity of the system. The procedure, based on adiabatic conditions, shows the least deviation from the simulation input parameters, but is limited to the heating process of the storage. Discharging the storage can be represented by isoperibolic conditions with controlled heat exchange. The precision of the procedures depends on the evaluation routine, the calibration routine, the heat extraction rate and the thermal inertia of the test bench.

Der Marktanteil von Batteriebussen liegt in Deutschland derzeit bei ca. 0,28 % (Stand 1. Januar 2020 laut KBA). Ursachen hierfür sind im Wesentlichen die hohen Anschaffungskosten, geringe Reichweiten v.a. im Winterbetrieb sowie die mangelnde Verfügbarkeit der Fahrzeuge am Markt. Einer der Kostentreiber ist dabei die Batterie – gleichzeitig wird jedoch wertvolle elektrische Batteriekapazität zur Bereitstellung des Heizleistungsbedarfs der Fahrzeuge genutzt, einhergehend mit einer Reduktion der Reichweite um bis zu 50 % Prozent an kalten Wintertagen. Der am DLR verfolgte Lösungsansatz setzt genau an diesem Punkt an: die Bereitstellung der Heizleistung mit einem im Vergleich zur Batterie potentiell deutlich kostengünstigeren, kleineren und leichteren Thermischen Hochleistungsspeicher (THS). Das Speichersystem kann dabei parallel zur Batterie elektrisch beladen werden – die Beheizung des Fahrzeuginnenraumes kann anschließend bedarfsgerecht aus dem THS erfolgen. Neben der Einführung in das Thema erfolgt im Rahmen des Vortrages eine Darstellung des aktuellen Entwicklungsstandes der Technologie. Hierbei wird auf die einzelnen Teilkomponenten des Speichersystems sowie auf die Herausforderungen bei deren Entwicklung eingegangen. Ein Blick auf die aktuellen Entwicklungsprojekte „THS-Bus“ und „Lathe.Go“ geben zudem einen spannenden Einblick in die momentan stattfindende Entwicklungsarbeit.

Battery-powered electric buses currently face the challenges of high cost and limited range, especially in winter conditions, where interior heating is required. To face both challenges, the use of thermal energy storage based on metallic phase change materials for interior heating, also called thermal high-performance storage, is considered. By replacing the battery capacity through such an energy storage system, which is potentially lighter, smaller, and cheaper than the batteries used in buses, an overall reduction in cost and an increase of range in winter conditions could be reached. Since the use of thermal high-performance storage as a heating system in a battery-powered electric bus is a new approach, the requirements for such a system first need to be known to be able to proceed with further steps. To find these requirements, a review of the relevant state of the art of battery-powered electric buses, with a focus on heating systems, was done. Other relevant aspects were vehicle types, electric architecture, battery systems, and charging strategies. With the help of this review, requirements for thermal high-performance storage as a heating system for a battery-powered electric bus were produced. Categories for these requirements were the thermal capacity and performance, long-term stability, mass and volume, cost, electric connection, thermal connection, efficiency, maintenance, safety, adjustment, and ecology.

Metallische Latetnwärmespeicher sind ein vielversprechender Ansatz, den Reichweitenverlust aufgrund der Innenraumheizung von batterieelektrischen PKW und Bus abzuschwächen oder zu verhindern. Im Rahmen eines Vortrags an der HS Karlsruhe wurde eine Übersicht zum Thema gegeben sowie erste Ergebnisse aus dem Projekt "THS-Bus" vorgestellt.