Elektrische und hybridelektrische Mobilität - Optimierung des Thermohaushalts

Die hohen Immissionsbelastungen in städtischen Gebieten und steigende Kraftstoffkosten führen zu einem Bedarf an neuen Antriebskonzepten, die eine Alternative zu reinen, konventionellen verbrennungs-motorischen Antrieben darstellen. Elektrische und hybridelektrische Fahrzeugantriebe bieten dabei die Möglichkeit, lokal emissionsfrei zu fahren. Hybridfahrzeuge ermöglichen gleichzeitig eine große Reichweite durch ausreichende Energiereserven an Bord des Fahrzeugs. Individuelle Mobilität kann somit wirtschaftlich im urbanen und ruralen Raum umgesetzt werden.Die ganzheitliche Betrachtung des elektrischen, sowie konventionellen Antriebsstrangs weist Optimierungspotential im Hinblick auf Energiebedarf und Emissionen auf, die bisher nicht berücksichtigt wurden.

Erprobungstriebwerk auf Motorenprüfstand

OPTIMIERUNG DES THERMOHAUSHALTS

Hybride Antriebssysteme verfügen über ein komplexeres Thermomanagement-System als rein konventionelle Fahrzeuge auf, da der Wärmebedarf des Innenraums nicht in allen Betriebszuständen durch das intermittierende Abwärmeangebot des hybriden Antriebsstrangs gedeckt werden kann. Zudem muss der besondere thermische Betriebsbereich der Traktionsbatterie berücksichtigt werden.

CHARAKTERISIERUNG

Am Fraunhofer ICT werden Batteriezellen für den Einsatz in Elektro- oder Hybridfahrzeugen bei verschiedenen Lade- und Entladezyklen vermessen. Die Daten beinhalten elektrische Größen und thermische Größen wie Temperaturverteilung an der Zelloberfläche und Wärmestromverteilung.

MODELLIERUNG

Unter Zuhilfenahme dieser Messdaten wird die Batteriezelle hinsichtlich thermischer und elektrischer Eigenschaften durch das Institut für Produktentwicklung (KIT-IPEK) modelliert. Das Elektrotechnische Institut (KIT-ETI) modelliert die Wärmeflüsse aus der Leistungselektronik und E-Maschine, welche für thermische Rekuperation genutzt oder durch das Kühlsystem abgeführt werden müssen. Zur Modellierung der Verbrennungskraftmaschine durch das Fraunhofer ICT werden Daten des vorherigen Initialisierungsprojekts und aktueller Datenerhebungen genutzt. Aufbauend auf diesen Erkenntnissen erfolgt die detaillierte Modellierung eines thermischen Rückgewinnungssystems zur Restwärmenutzung im Abgasstrang.

Prüfstand zur thermischen Untersuchung von heißen Gasen wie Abgase

Der Gesamtwirkungsgrad eines hybridelektrischen Antriebsstrangs kann durch die Nutzung der dissipativen Abwärmeströme aus dem verbrennungsmotorischen Prozess mit Hilfe geeigneter nachgeschalteter Prozesse weiter gesteigert werden.

OPTIMIERUNG

Unter Verwendung des um die thermischen Modelle erweiterten Gesamtmodells, erforscht das Fraunhofer ICT eine Betriebsstrategie zum optimalen Betrieb des Gesamtantriebes hinsichtlich elektrischer Reichweite und CO₂-Ausstoß. Dies erfordert insbesondere die Abstimmung zwischen Nutzung der vorhandenen Abwärme und dem energieeffizienten Einsatz von zusätzlichen Heizkomponenten.

VALIDIERUNG

Eine Validierung kann durch den Vergleich des Verbrauchs und der daraus resultierenden Fahrzeugreichweite, mit und ohne optimiertem Thermomanagement, stattfinden. Hierdurch kann der Mehrwert des Thermomanagements quantifiziert und dem Aufwand gegenübergestellt werden.

Untersuchung auf Gesamtfahrzeugeben im Verkehr mit Hilfe eines PEMS-Messsystems

Den Projektflyer als PDF zum Download finden Sie hier