Methoden zur modellbasierten Regelung eines Kältemittelkreislaufes in einem Elektrofahrzeug

Von:

Stefanie Göltz

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Neben vielen bauteilseitigen Entwicklungen bilden die performante Regelung und eine akkurate Störunterdrückung die Grundlage für einen effizienten Betrieb des Kältemittelkreislaufes. Die beiden Aufgaben werden mit einem Multi-Verdampfer-System gelöst, für welches aufgrund der deutlich unterschiedlichen Kühlanforderungen des Fahrzeuginnenraums und der Fahrzeugbatterie, sowie der Kopplungen im System ganzheitliche Regelungsansätze erforderlich sind. Als Grundlage für die Regelungsansätze entwickelt diese Arbeit ein komponentenorientiertes Gesamtmodell des Kältemittelkreislaufes, welches auf physikalischen Zusammenhängen basiert. Aufbauend auf dem Gesamtmodell werden zwei Regelungsansätze, sowie eine Vorsteuerung entwickelt und anhand von Prüfstandsmessungen validiert. Die beiden Regelungsansätze umfassen einen dezentralen Regelungsansatz und einen Ansatz mit zentraler Zustandsrückführung inklusive Beobachter. Die Vorsteuerung wird mit den Reglern in einer Zwei-Freiheitsgrade-Reglerstruktur kombiniert und als inversionsbasierte entkoppelnde Vorsteuerung ausgelegt. Dazu wird die Dimension des entwickelten Gesamtmodells nichtlinear reduziert, wobei statt des Verhaltens des Gesamtsystems nur das Ein-Ausgangs-Verhalten beziehungsweise das Störgrößen-Ausgangs-Verhalten betrachtet wird. Die nichtlineare Methodik baut auf der Beobachtbarkeits-Normalform für Mehrgrößensysteme auf und wird erweitert um Bedingungen zur Stabilität der stationären Arbeitspunkte, eine Frequenzskalierung der Einflussgrößen und eine Transformation der Eingangsgrößen. Abschließend werden alle Regelungskonzepte durch Kompensationsterme zur Berücksichtigung von Stellgrößenbeschränkungen erweitert, wobei diese Terme die Kopplungen in den Regelungsstrategien berücksichtigen und am Prüfstand validiert werden.