Hybridfahrzeuge (Hybrid electric vehicles, HEVs) stellen einen vielversprechenden Kompromiss zwischen konventionellen Antrieben und reiner Elektromobilität dar. Das Thermomanagement bei kalten Umgebungsbedingungen muss jedoch auf die besonderen Anforderungen eines elektrifizierten Antriebsstrangs angepasst werden, um den Kraftstoffverbrauch bzw. die elektrische Reichweite zu optimieren. Hybridfahrzeuge haben die Möglichkeit, die Abwärme der Verbrennungskraftmaschine (VKM) teilweise zu nutzen und den Verbrauch an elektrischer Energie für das Aufheizen der Fahrerkabine zu reduzieren. Für eine optimale Nutzung der Abwärme ist es notwendig, alle beteiligten Komponenten des Fahrzeugs wie die VKM, die Elektromaschinen, den Kühlmittelkreislauf und die Fahrerkabine zu betrachten. Für die Untersuchungen der Aufheizstrategien eines HEV wurde ein numerisches Längsdynamik-Modell entwickelt. Es umfasst die wichtigsten Komponenten des hybriden Antriebsstrangs wie den Kühlkreislauf der VKM und die Fahrerkabine. Die Aufheizstrategien wurden im Neuen Europäischen Fahrzyklus (NEFZ) und im US06-Fahrzyklus bei -10 °C untersucht und optimiert. Um das umfassende Simulationsmodell zu kalibrieren, wurde ein Serienfahrzeug auf dem Rollenprüfstand in den genannten Fahrzyklen vermessen. Es konnte eine gute Korrelation der signifikanten Größen wie Kraftstoffverbrauch, Kühlmitteltemperatur und der Innenraumtemperatur zwischen den berechneten und den experimentell bestimmten Ergebnissen erzielt werden. Mithilfe des numerischen Modells konnten optimierte Aufheizstrategien für diese spezifischen Fahrzyklen bestimmt werden. Um dies zu erreichen, wurden numerische Optimierungsmethoden eingesetzt. Für die optimierte Strategie gab es die Einschränkung, dass die Kabinentemperatur nach einer bestimmten Zeit nicht unter den Wert der Referenz-Strategie fallen durfte. Für den NEFZ konnte der Hubraum der VKM reduziert werden, während im US06 die Einschränkung der Batterieladeströme vorteilhaft war. Im Vergleich zu der Referenz-Strategie war es möglich, den Kraftstoffverbrauch zu senken, ohne den thermischen Komfort in der Fahrerkabine zu verringern. Es zeigte sich letztendlich, dass der numerische Optimierer für beide Fahrzyklen zu deutlich unterschiedlichen Lösungen für die beste Betriebsstrategie kommt. Daraus lässt sich die Notwendigkeit einer zyklenunabhängigen, am realen Fahrzustand orientierten Betriebsoptimierung ableiten.
Einsatz eines umfassenden Fahrzeugmodells zur Optimierung der Aufheizstrategie eines elektro-hybriden Antriebsstrangs
2014
17 Seiten, Bilder, 9 Quellen
Aufsatz (Konferenz)
Datenträger
Deutsch
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