Am 29. September 2026 stellte Maximilian Klein von Ford beim ATMO MAC Summit × TU Berlin in Brüssel Ergebnisse vor, die für die nächste Generation elektrischer Fahrzeuge interessant sein dürften. Ford-Werke hatten gemeinsam mit IPETRONIK ein Wärmemanagementsystem mit Propan, also R290, und zwei Sekundärkreisläufen getestet. Heute, am 29.10.2026, ist das Thema an der TU Berlin noch frisch – und technisch durchaus knifflig.

Dafür wurde ein bestehendes R1234yf-System auf R290 umgebaut und vom ersten bis zum dritten Quartal 2025 auf dem Prüfstand untersucht. Die Versuche deckten Umgebungstemperaturen von −18 bis 43 °C ab. Im Mittelpunkt standen Betriebsweisen mit und ohne Dampfeinspritzung, kurz VI. Bewertet wurden Leistungsziele von bis zu 8,5 kW im Kühlbetrieb und 9,5 kW im Heizbetrieb.

Was die Dampfeinspritzung bringt

Beim VI-System trennt sich das Kältemittel nach dem wassergekühlten Verflüssiger in zwei Ströme. Ein Flüssigkeitsstrom gelangt zum Verdampfer und kühlt dort Luft und Batterie. Ein Dampfstrom wird über einen dritten Anschluss in den Verdichter geführt. Ford zufolge verbessert das die Leistungsfähigkeit. Der Verdichterauslassdruck unterschied sich mit und ohne VI allerdings nicht wesentlich.

Bei maximaler Kühllast sank mit VI die Verdichterdrehzahl um 30 Prozent, die Leistungsaufnahme um 15 Prozent und die Auslasstemperatur um 7 K. Im Heizbetrieb waren es 13 Prozent weniger Verdichterdrehzahl, 5 Prozent weniger Leistungsaufnahme und 9,6 K weniger Auslasstemperatur. Mit aktivierter Dampfeinspritzung wurden alle festgelegten Heiz- und Kühlleistungsziele über einen größeren Temperaturbereich erreicht; ohne VI gelang das nicht vollständig.

Ganz gratis ist der Fortschritt nicht. Das System braucht einen Dampferzeuger, ein zweites elektronisches Expansionsventil sowie einen zusätzlichen Druck-/Temperatursensor. Die Steuerung wird dadurch komplexer. Unter Teillast wurden außerdem nicht alle Effizienzziele erfüllt. Bei niedrigen Heizlasten bis 3,5 kW traten Probleme mit der Regelstabilität auf.

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Ventile und Öl bremsen den Prototypen

Im Test kamen Expansionsventile und PAG-Öl zum Einsatz, die ursprünglich für R1234yf-Systeme ausgelegt waren. Mit R290 verursachten die Ventile Schwierigkeiten bei der Überhitzungsregelung und waren bei maximaler Last überdimensioniert. Ford will deshalb ihre Öffnung verkleinern und die Durchflusskennlinie optimieren.

Beim Öl zeigte sich vorzeitiger Verdichterverschleiß. Geplant ist ein speziell für R290 geeignetes PAG-Öl. Das klingt nach einem kleinen Detail, ist aber keines: In einem Fahrzeug, das im Winter heizen, im Sommer kühlen und dabei jahrelang zuverlässig laufen soll, kann genau so ein Detail über Alltagstauglichkeit entscheiden.

Ford führte 2024 weltweit VI-Wärmumpentechnologie für Elektrofahrzeuge mit R1234yf und R134a ein. Für künftige batterieelektrische Fahrzeuge gilt R290 im Unternehmen nun als bevorzugtes Kältemittel. Ein Demonstrationsfahrzeug, eine sogenannte „Testmule“, ist bereits mit dem R290-System ausgestattet. Windkanal- und Straßentests sind für das vierte Quartal 2026 sowie für 2027 geplant.

Weitere Prüfstands- und Fahrzeugtests sollen vor allem den Teillastwirkungsgrad und die Überhitzungsstabilität bei niedriger Last verbessern. Ford beobachtet außerdem mögliche EU-Beschränkungen für PFAS und unterstützt SAE- und ISO-Arbeiten zu Sicherheitsanforderungen für R290-Wärmepumpen in Elektrofahrzeugen. Zulieferer entwickeln laut Ford zunehmend E-Verdichter, die für mehrere Kältemittel einschließlich Propan geeignet sind.

Warum Propan im Auto reizvoll ist

R290 wird wegen seiner hohen thermodynamischen Leistung und seines sehr niedrigen Treibhauspotenzials zunehmend für Wärmepumpen in Fahrzeugen mit neuer Energieversorgung untersucht. Nach Verordnung (EU) 2024/573 liegt das GWP über 100 Jahre bei 0,02. Ältere Quellen nennen oft den Wert 3, der auf einem früheren IPCC-Bericht beruht. Zum Vergleich: CO₂ steht auf dieser Skala bei 1. Für die gesamte Klimabilanz zählen aber ebenso Dichtheit, Energieverbrauch und Stromversorgung.

Propan gehört nach ASHRAE 34 und DIN EN 378 zur Sicherheitsgruppe A3: geringe Toxizität, hohe Entflammbarkeit. In Luft liegt der Entflammbarkeitsbereich etwa bei 2,1–9,5 Vol.-%. Bei einer Leckage kann sich das Gas sammeln; Propan ist schwerer als Luft und kann in Schächten, Vertiefungen und tiefer liegenden Bereichen stehen. Das Sicherheitskonzept muss daher schon am Beginn der Planung berücksichtigt werden. Füllmenge, Aufstellungsort, Zugänglichkeit und Belüftung bestimmen, was zulässig ist.

Für Fahrzeuge werden drei wesentliche Technologierouten unterschieden: die direkte R290-Wärmepumpe, ein indirektes R290-System mit sekundärem Kühlmittelkreislauf sowie eine R290-Wärmepumpe mit Abwärmerückgewinnung aus Elektroantrieb und Batterie.

Bei der direkten Lösung zirkuliert R290 zwischen Verdampfer und Kondensator und nimmt unmittelbar am Wärmeaustausch mit dem Innenraum teil. Die Architektur ist einfach, effizient und vergleichsweise kostengünstig. Hohe latente Verdampfungswärme und gute Wärmeübertragung ermöglichen einen COP, der mit R134a und R1234yf vergleichbar oder höher ist – besonders bei niedrigen und mittleren Umgebungstemperaturen.

Typisch wären 80–120 g R290, ein elektrischer Scrollkompressor mit 18–24 cm³ und Mikrokanal-Wärmetauscher. Bei −10 °C sind mehr als 3,5 kW Heizleistung und ein COP von mindestens 2,4 angegeben, bei −20 °C etwa 2,8 kW. Die Startfähigkeit reicht bis −30 °C, bei 40 °C werden 7,5–8,5 kW Kühlleistung genannt. Gegenüber R1234yf können die Systemkosten etwa 5–10 Prozent höher liegen. Geeignet ist diese Variante vor allem für kostensensible Kompaktfahrzeuge der A00-, A0- und A-Segmente – vorausgesetzt, Leckagesensoren, schnelle Stromabschaltung, Zwangsbelüftung, dichte Rohrleitungen und eine sichere Fahrzeugkonstruktion sitzen.

Beim indirekten System trennt ein meist aus Wasser und Glykol bestehender Sekundärkreislauf den R290-Kältemittelkreis physisch vom Fahrgastraum. Die Wärme wandert über einen Plattenwärmetauscher und den Kühlmittelkreislauf. Das erhöht die Sicherheit, kostet aber Wärme: Aus „Kältemittel → Kühlmittel → Luft“ entstehen zusätzliche Verluste, der COP sinkt. Pumpen, Plattenwärmetauscher und Leitungen bringen außerdem Gewicht, Kosten und Steuerungsaufwand.

Diese Architektur passt vor allem zu B- und C-Segment-Pkw sowie SUVs, besonders für den europäischen Markt. Genannt werden 100–150 g R290, ein zweistufiger elektrischer Scrollkompressor mit Dampfeinspritzung und 24–30 cm³ sowie ein integriertes 5-in-1- oder 8-in-1-Wärmemanagementmodul. Bei −18 °C sollen 6,5–7,2 kW Heizleistung und ein System-COP von mindestens 2,7 möglich sein; die Startfähigkeit reicht bis −40 °C. Die Mehrkosten gegenüber direkter Expansion liegen bei etwa 10–15 Prozent.

Im Primärkreislauf folgen elektrischer Scrollkompressor, externer Kondensator, elektronisches Expansionsventil und Plattenwärmetauscher. Der Sekundärkreislauf führt vom Plattenwärmetauscher zur Kabinenheizung und zum Batteriekühler. Zwei R290-Lecksensoren, automatische Zwangsbelüftung und eine mehrstufige Abschaltung von Kompressor- und Hochspannungsversorgung bei Leckage, Überhitzung oder Überdruck gehören zur Sicherheitsausstattung.

Für extrem kalte Klimazonen kommt eine dritte Variante hinzu: indirekte R290-Zweikreisarchitektur, zweistufige Dampfeinspritzung, Abwärmerückgewinnung und fuzzy-adaptive Wärmemanagementsteuerung. Die Abwärme stammt aus Elektromotor, MCU und PDU, elektronischen Steuerungssystemen, Traktionsbatterie und Umgebungsluft. Sie erhöht die Verd