Thermomanagement wird zum Wettbewerbsvorteil für OEMs

Thermomanagement wandelt sich zur entscheidenden Schlüsseltechnologie, weil es unabhängig von der Antriebsart und dem Autonomiegrad des Fahrens Effizienz, Sicherheit, Reichweite und Lebensdauer von Komponenten beeinflusst. Ob batterieelektrisch, hybridisiert oder mit hocheffizientem Verbrenner: Das Thermomanagement ist heute ein zentrales Element im Fahrzeugbau – technologisch, funktional und wirtschaftlich. Die Vielfalt an Wärmeerzeugern im Fahrzeug ist größer denn je, ihre Anforderungen hochkomplex. Ohne intelligentes Temperaturmanagement lassen sich Lebensdauer, Effizienz und Sicherheit moderner Fahrzeuge nicht realisieren.

Das steigert natürlich die Komplexität und die Anforderungen an die Thermo-Lieferkette erheblich. Simulationstools, Digital Twin und der Einsatz von KI schaffen die erforderlichen friktionslosen Schnittstellen in der Fertigungskette beginnend in der Gießerei bis zur Systemapplikation beim Kunden.

Thermomanagement heute: Vom Nebenschauplatz zur Systemdisziplin

Was früher ein einfacher Kühlkreislauf war, ist heute ein komplexes, sensorbasiertes Netzwerk, das Temperaturen in Echtzeit regelt – über alle Subsysteme hinweg. Lag der Fokus in klassischen Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor auf der Abfuhr überschüssiger Wärme aus dem Motor,  typischerweise über Kühlmittel (85 bis 105 °C), Ölkühler (bis 140 °C) und Wärmetauscher. Heute hingegen müssen Dutzende thermisch empfindliche Systeme in Echtzeit reguliert werden: von Leistungshalbleitern über Batterien bis hin zu Sensoren und Steuergeräten.

Das umfasst:

• Verbrennungsmotoren, deren Abgastemperaturen bis 2500 °C erreichen. Ziel: Wärme effizient abführen, Emissionen senken, Verschleiß minimieren.

• Leistungselektronik wie Inverter und Ladegeräte, die im Bereich 80–120 °C arbeiten – bei Junction-Temperaturen bis 175 °C.

• Batterien, die nur in einem engen Bereich zwischen 15–35 °C sicher und leistungsfähig bleiben.

• Sensorik und Steuergeräte, die bei bis zu 125 °C zuverlässig funktionieren müssen, insbesondere bei ADAS- und OTA-Funktionen.

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Nicole Ahner

Schon geringfügige Abweichungen gefährden Funktion und Lebensdauer. Ein Anstieg der Betriebstemperatur um nur 10 °C kann die Lebensdauer von Halbleitern halbieren. Bei Hochleistungs-IGBTs reduziert sich die Lebensdauer bei 140 °C gegenüber 100 °C um bis zu 75 Prozent. Hitze ist heute kein Komfortthema, sonder sie ist existenziell.

Elektromobilität: Wärme als Effizienzfaktor

Beim Elektroantrieb ändert sich die Aufgabe des Thermomanagements grundlegend: Es geht nicht mehr nur um Kühlung, sondern um gezielte Wärmenutzung. Besonders im Hochvoltbereich beeinflusst die Temperatur unmittelbar die Ladegeschwindigkeit und Reichweite. Während beim Verbrenner Abwärme für den Innenraum genutzt wird, muss diese im E-Fahrzeug aktiv erzeugt werden, was Reichweite kostet. Intelligente Thermomanagement Systeme reduzieren den Energieverbrauch signifikant.

Thermomanagement als Enabler der Fahrzeugarchitektur

Heute bestehen Fahrzeuge aus bis zu 150 Steuergeräten, mit steigender Rechenlast für autonome Fahrfunktionen, Infotainment und Connectivity. Die Elektronik macht inzwischen 25 bis 40 Prozent des Fahrzeugwerts aus. Die Wärmelast dieser Systeme steigt, und damit die thermischen Anforderungen. Ohne präzises Temperaturmanagement drohen Systemausfälle, Funktionsverluste und hohe Gewährleistungskosten. Thermomanagement ist heute ein integraler Bestandteil jeder Fahrzeugarchitektur. Es sichert die Funktion des Gesamtfahrzeugs.

Komplexität contra Gewicht

Mit der zunehmenden Elektrifizierung und Funktionalisierung heutiger Fahrzeuge ist das Thermomanagement von einem vergleichsweise einfachen Nebenaggregat zu einem eigenständigen, komplexen Fahrzeugsystem geworden. Denn zusätzliche Komponenten wie Batteriekühlung, Zusatz-Wärmetauscher, Wärmepumpe, weitere Kühler und Steuerung erhöhen natürlich das Gewicht. Wobei es zunächst einmal aussah, als ob die Ingenieure mit neuen Materialien und Fertigungsprozessen der ausufernden Gewichtszunahme etwas entgegensetzen könnten. Man erinnere sich, allein die Umstellung von Messingkühler, die z. B. 10 bis 15 kg wogen auf Aluminium-Kühler mit 5 bis 8 kg Gewicht, brachten deutliche Gewichtsvorteile. Ebenso zeichnen sich aktuelle Wärmetauscher durch extrem dünne Wandstärken aus. Ihre Bauweise ist so filigran, dass die Materialstärke fast schon mit der Dicke von Zigarettenpapier vergleichbar ist. Trotzdem sind sie robust genug, um in einem Mittelklassefahrzeug bis zu 100 kW Wärme abzuführen.

Während ein typisches Thermomanagement-System in einem Mittelklassefahrzeug der 1990er-Jahre – bestehend aus Motorkühler, Heizungswärmetauscher, Klimakondensator, Lüfter, Wasserpumpe sowie Leitungen – ein Gesamtgewicht von rund 15 bis 25 kg aufwies, hat sich dieses Gewicht trotz aller Bemühungen in heutigen Fahrzeugen deutlich erhöht.

In heutigen Mittelklassefahrzeugen mit Hybrid- oder batterieelektrischem Antrieb umfasst das Thermomanagement mehrere getrennte Kühlkreisläufe für Batterie, Leistungselektronik, Elektromotor, Innenraumklimatisierung sowie zunehmend auch ADAS-Sensorik. Hinzu kommen Wärmepumpensysteme, zusätzliche elektrische Pumpen, Ventile, Kühlplatten und vergrößerte Wärmetauscherpakete. Daraus ergibt sich für heutige Fahrzeuge ein typisches Thermomanagement-Gesamtgewicht von etwa 50 bis 65 kg, abhängig von Fahrzeugarchitektur und Ausstattungsumfang.

In Summe bedeutet dies eine Gewichtszunahme um rund 35 bis 45 kg innerhalb von etwa 25 bis 30 Jahren. Das Thermomanagement ist damit heute etwa 2,5- bis 3-mal so schwer wie in klassischen Verbrennerfahrzeugen der 1990er-Jahre. Diese Entwicklung unterstreicht die wachsende Bedeutung des Thermomanagements als zentrale Systemfunktion – mit direkten Auswirkungen auf Effizienz, Reichweite, Bauraum und Gesamtfahrzeugarchitektur.

Die Beherrschung der Komplexität in der Planung und Fertigung

Die gewachsene Komplexität lässt sich durch das Zusammenführen der verschiedenen Stufen der Lieferketten dennoch besser beherrschen, vor allem bei zeitkritischen Change-Management- Aufgaben, als in der klassischen Lieferkette. Die Integration reduziert Doppelarbeit, verbessert die Prozesskette und beschleunigt so die Produktentwicklung signifikant um bis zu 30 Prozent von der Konzeptphase bis zur Serienreife. Die Verzahnung der Prozessketten beider Spezialisten ermöglicht einen digitalen Twin über den gesamten Prozess. In Kombination mit Startup-Strukturen des neuen Unternehmens entsteht zusätzlich ein Speed-Boat Prozess (kombiniert das Beste aus europäischer, asiatischer und US-Unternehmenskultur), der die Entwicklung add-on nochmal um den Faktor 2 beschleunigt.

Die Leistungsfähigkeit von Thermal-Managementsystemen wird maßgeblich durch folgende technische Komponenten und Softwarelösungen bestimmt:

• Wärmetauscher (z.B. Kühlmittelkühler, Batterie-Kühlplatten) – sorgen für effiziente Wärmeübertragung.

• Pumpen und Ventile (elektrisch geregelt) – steuern präzise den Kühlmittelfluss.

• Material und Design bestimmen Gewicht, Packaging, Lebensdauer und Effizienz

• Thermoelektrische Module (Peltier-Elemente) – ermöglichen aktives Heizen oder Kühlen bei Bedarf.

• Sensorik (Temperatur, Durchfluss, Druck) – liefert Echtzeitdaten für optimierte Steuerung.

• Kältemittelkreisläufe (für Klimatisierung und Batteriekühlung) – häufig gekoppelt mit Wärmepumpen.

• Steuergeräte (ECUs) – koordinieren das Gesamtsystem auf Basis der Sensorik.

• Thermal-Management-Software – analysiert Daten, trifft Prognosen (z.B. durch KI) und regelt proaktiv.

• Schließlich unterstützten maßgeblich digitale Zwillinge und Simulationsmodelle, bei der customer-centric Auslegung, Konzeption, Engineering sowie Fertigung des Thermo-Managements für den jeweiligen Kunden.

Thermomanagement sichert Effizienz im E-Fahrzeug

Steigende Komplexität, vernetzte Systeme, gesetzliche Vorgaben: Thermomanagement in elektrifizierten Fahrzeugen wird zum Schlüsselthema – und zur potenziellen Schwachstelle, wenn Validierung, Diagnosen und reale Tests nicht gesamtheitlich gedacht werden.

Thermomanagement Symbol für disruptiven Wandel

Der disruptive Umbruch erfolgt gleich auf mehreren Feldern: Technik, Ökonomie, Ökologie und geopolitisch. Darum greifen die “alten “Antworten nicht mehr, um sich beim Kunden zu differenzieren.

Thermomanagement wird also zum Prüfstein für die Beherrschung des disruptiven Umbruchs. Wer in der Lage ist, adaptive, softwaregesteuerte Thermal-Systeme zu entwickeln, die gleichzeitig modular, effizient und integrativ sind, wird für OEMs zu einem Schlüsselpartner. Darum setzt Innerio auf Differenzierung entlang neuer Achsen: Systemverständnis statt in Bauteilkompetenz und Silodenken zu verharren; Agilität und Entwicklungstempo; Nachhaltigkeit und ESG-Konformität; Softwareintegration und vorausschauende Steuerung. (na)