Fraunhofer-Gesellschaft

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Simulationsgestützte Entwicklung eines modellprädiktiven Thermomanagements auf Basis des LOTUS Evora 414E

 
: Kuitunen, Stefan; König, Wolfgang; Hütter, Matthias; Kratzing, Richard; Horvat, Damir

Steinberg, P.:
Wärmemanagement des Kraftfahrzeugs X. Energiemanagement : 10. Tagung "Wärmemanagement des Kraftfahrzeugs (incl. Energiemanagement)", 9. und 10. Juni 2016, Potsdam
Renningen: Expert-Verlag, 2016 (Haus der Technik Fachbuchreihe 143)
ISBN: 978-3-8169-3347-2
ISBN: 3-8169-3347-5
S.244-261
Tagung "Wärmemanagement des Kraftfahrzeugs" <10, 2016, Potsdam>
Deutsch
Konferenzbeitrag
Fraunhofer IVI ()
Thermomanagementsystem

Abstract
Thermal management systems in vehicles ensure the demand-based supply and extraction of the heating and cooling energy that is needed to fulfil the specific requirements of components regarding their operating temperatures and to guarantee thermal convenience inside the cabin. Due to the limited energy capacity of fully electric vehicles, the energy efficiency of thermal management systems is a key factor for the sustainability of electromobility. In order to improve the efficiency of the overall system through a holistic approach, it is necessary to use the existing heat sources and lower the primary energy demand. The thermal management system that is currently being developed within the EU-funded iCOMPOSE project follows this approach. The most important element of the project is a centralized multicore computing unit in which the vehicle’s essential control functions are implemented, these functions being traction control and power split between battery and supercapacitors in addition to thermal management. The obvious aim, therefore, is the development and implementation of a resource-friendly model predictive controller for all thermal functionalities. On the basis of a specially developed library of cooling and air-conditioning components, a simulation environment for the development and testing of the controller was built. In the process, three different system configurations were explicitly analyzed using a LOTUS Evora 414E in order to reference the controller in compliance with current development trends. The following article introduces the overall project concept before discussing the development of the component models in detail. Afterwards, the simulation of the three reference systems using the example of one of these systems will be described. The development and testing process for the model predictive controller will follow. The article concludes with a summary of the results and an outlook on existing optimization opportunities.

 

Thermomanagementsysteme in Personenkraftwagen realisieren die bedarfsgerechte Zu- und Abfuhr von Wärme- und Kälteenergie, um sowohl die spezifischen Anforderungen der einzelnen Komponenten hinsichtlich ihrer Betriebstemperaturen als auch die Komfortansprüche des Fahrgastraumes zu erfüllen. Aufgrund des begrenzten Energieangebotes vollelektrischer Fahrzeuge spielt zudem die Energieeffizienz des Thermomanagementsystems eine Schlüsselrolle für die Zukunftsfähigkeit der Elektromobilität. Es gilt daher die vorhandenen Wärmequellen zu nutzen und den Primärenergiebedarf zu senken, um die Effizienz des Gesamtsystems durch einen ganzheitlichen Ansatz zu steigern. Unter dieser Prämisse wird im Rahmen des von der Europäischen Kommission geförderten Projektes iCOMPOSE ein Thermomanagementsystem entwickelt. Zentrales Element des Projektes ist eine zentrale Multicore-Recheneinheit, auf der die wesentlichen Steuerungsfunktionen des Fahrzeugs implementiert sind. Dies umfasst neben dem Thermomanagement auch die Traktionskontrolle und den Power-Split zwischen Batterie und Superkondensatoren. Das Ziel ist folglich die Entwicklung eines modellprädiktiven Reglers für alle Thermofunktionen, der ressourcenschonend implementiert werden kann. Ausgehend von der eigens entwickelten Komponentenbibliothek für Kühl- und Klimatisierungskomponenten wurde eine Simulationsumgebung aufgebaut, die die Entwicklung des Reglers und dessen Erprobung ermöglicht. Dabei wurden explizit 3 unterschiedliche Systemkonfigurationen auf Basis eines LOTUS Evora 414E untersucht, um den Regler in Einklang mit aktuellen Entwicklungstendenzen zu referenzieren. Im vorliegenden Beitrag wird zunächst das Gesamtkonzept des Projektes kurz vorgestellt, ehe im Detail auf die Entwicklung des Komponentenmodells und der Simulationsumgebung eingegangen wird. Ausgehend davon kann wird die Simulation der 3 Referenzsysteme exemplarisch für ein System dargelegt und die Entwicklung und Erprobung des modellprädiktiven Reglers erläutert. Der Beitrag schließt mit einer Zusammenfassung der Ergebnisse und einem Ausblick auf vorhandene Optimierungsmöglichkeiten.

: http://publica.fraunhofer.de/dokumente/N-426746.html