Performancesteigerung im E-Antriebssystem durch szenariobasierte thermische Konditionierung des Hochvoltspeichers

Von:

Alexander Kowallik

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Für Fahrzeuge mit einem Lithium-Ionen-Speicher stehen Leistungsverfügbarkeit, Effizienz und Alterungsverhalten in einem Zusammenhang mit dem thermischen Zustand der Zellen. Dies führt zur Motivation eines prädiktiven thermischen Managements des Hochvoltspeichers. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wird ein Funktionskonzept eingeführt, das eine Szenariodetektion für die prädizierte Betriebsbelastung eines Antriebsstrangs mit einer Zieltemperierung ableitet und diese im Simulationsbetrieb einregelt. Zur Untersuchung der Funktion im kombinierten Betrieb (Fahren, Laden und Standzeit) des Antriebsstrangs wird eine automatisierte Simulationsumgebung eingeführt. Hierfür werden zwei exemplarische Fahrzeugkonfigurationen sowie drei charakteristische Betriebskollektive zur Untersuchung festgelegt. In der Potenzialanalyse ergeben sich Vor- und Nachteile der thermischen Konditionierung. Während die Optimierung der Leistungsverfügbarkeit im Antriebs- und Schnellladefall insbesondere bei tiefen Außentemperaturen aussichtsreiche Ergebnisse zeigt, so lässt sich bezüglich der energetischen Gesamtbilanz ein negativer bis neutraler Einfluss feststellen. Bezogen auf den Alterungseinfluss hoher Zelltemperaturen lassen sich bei hohen Außentemperaturen Optimierungspotenziale durch eine Absenkung des Temperaturniveaus feststellen. Weiterhin zeigen sich Chancen die Alterungscharakteristik durch die Vermeidung ungünstiger thermischer Zustände in Ladevorgängen positiv zu beeinflussen. Die Methode der automatisierten Missionsprofilsimulation ermöglicht hierbei die energetische Analyse einer Antriebstopologie sowie neuartiger betriebsstrategischer Ansätze in einer frühen Entwicklungsphase und unterstützt somit die Möglichkeiten zur virtuellen Reifegradoptimierung.