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Ziel dieses Forschungsvorhabens ist die Erweiterung und Anpassung des in den vorherigen Projekten "Optimiertes Thermomanagement" und "Prognose Thermomanagement" erstellten und validierten Simulationsmodells "Thermisches Fahrzeugmodell Stuttgart" ("TheFaMoS") an die spezifischen thermischen Problemstellungen batteriebetriebener Elektrofahrzeuge. Das ursprüngliche Modell wurde hierzu insbesondere durch einen elektrischen Antriebsstrang, ein elektrothermisches Batteriemodell sowie eine Wärmepumpe erweitert. Bestandteil des Batteriemodells ist ein vereinfachtes Alterungsmodell, das die Auswirkung der Batteriealterung auf das Thermomanagement abbildet. Die Bedatung des Simulationsmodells erfolgte auf Grundlage von Messungen an thermisch belasteten Einzelkomponenten von Elektrofahrzeugen sowie zur Verfügung gestellter Komponentendaten. Der Wärme- bzw. Kühlungsbedarf des Fahrzeuginnenraums wurde aus vorhandenen Messungen an verbrennungsmotorisch betriebenen Kraftfahrzeugen bestimmt. Das auf diese Weise bedatete Simulationsmodell ist durch Tausch des Parametersatzes auf verschiedene Fahrzeugklassen batteriebetriebener Elektrofahrzeuge skalierbar und darüber hinaus auch in der Lage, unterschiedliche Fahrzyklen und thermische Randbedingungen abzubilden. Mit dem Simulationsmodell ist die Optimierung des Wärmehaushalts des Gesamtfahrzeugs, unter Einbeziehung der thermischen Anforderungen des Fahrzeuginnenraums, hinsichtlich einer Maximierung der erzielbaren Reichweite möglich. Auch die thermische Vorkonditionierung und der Ladevorgang können durch das Modell bewertet werden. Zur Verifikation des Simulationsmodells wurde ein Systemprüfstand aufgebaut, der die Funktionalität einer konventionellen Klimaanlage sowie einer Wärmepumpe bietet. Aufgrund der spezifischen Charakteristika eines batterieelektrischen Fahrzeugs beinhaltet der Systemprüfstand neben der Heizung und Kühlung des Luftstroms für den Fahrzeuginnenraum auch die aktive Kühlung und Heizung eines Wasser-Glykol-Gemischs, für die Konditionierung der Batterie, über die Wärmepumpe. Im weiteren Projektverlauf werden durch numerische Simulation verschiedene Betriebsstrategien untersucht und bewertet, die sich insbesondere durch prädiktives Wärmemanagement auszeichnen.
The aim of the presented research project is the enhancement and adaption of the tool "Thermisches Fahrzeugmodell Stuttgart" ("TheFaMoS") (German: thermal vehicle model, Stuttgart) to the specific thermal issues of battery electric vehicles (BEV). "TheFaMoS" was developed and validated in the previous projects "Optimiertes Thermomanagement" and "Prognose Thermomanagement". The model has mainly been enhanced by the electric powertrain including the electro thermal battery model and a heat pump. One part of the battery model is a simplified aging mode! which maps the effect of aging on thermal management. The parameterization of the simulation tool is based on measurements of thermally stressed components of BEVs as well as provided component data. The necessary cooling power respectively heating power for the vehicle interior has been determined from existing measurements of combustion engine powered vehicles. The simulation model parameterized in this way is scalable to different vehicle classes by replacing the parameter set. The tool is also able to compute different driving cycles and thermal boundary conditions. The model enables the user to optimize the heat balance of the entire vehicle under the consideration of the thermal requirements of the vehicle interior and thereby maximizing the achievable range. Additionally the thermal preconditioning and the charging process can be evaluated. For the verification of the simulation model a system test bench has been developed. The test bench offers the functionality of a conventional air conditioning system with an additional heat pump. Due to the specific characteristics of BEVs the heat pump of the test bench does not only include the possibility of heating and cooling the air flow for the vehicle interior but also the active cooling and heating of a water glycol mixture for the conditioning of the battery. In the ongoing project different operational strategies will be simulated and evaluated. The goal is to implement a predictive thermal management for the BEV.