Thermomanagement von Hochleistungsfahrzeug-Traktionsbatterien anhand gekoppelter Simulationsmodelle

Author: Hannes Hopp

Publisher: Springer Fachmedien Wiesbaden

Book Series : Wissenschaftliche Reihe Fahrzeugtechnik Universität Stuttgart

Part of: Springer Professional "Wirtschaft+Technik" , Springer Professional "Technik"

Table of Contents

About this book

Hannes Hopp erläutert die Notwendigkeit zur Kühlung von Lithium-Ionen-Batterien im Fahrzeug und stellt eine simulative Methode zur Prognose von Batterietemperaturen und der Wechselwirkung mit dem Kühlsystem im Fahrzeugverbund vor. Im Simulationsverbund bildet das Batteriemodell die zentrale Komponente. Aufbauend auf bestehenden Modellierungsansätzen untersucht der Autor die Abwärmecharakteristik der Batterie aus Einzelzellmessungen und überführt sie in ein modulares Simulationsmodell. Die Ergebnisse seiner Studie unterstreichen die Notwendigkeit zur engen Verzahnung von simulativen und experimentellen Werkzeugen in der Fahrzeugentwicklung. Die gekoppelte Simulation stellt eine zielführende Methode zur Bewertung der thermischen und elektrischen Interaktion in einem elektrifizierten Fahrzeug dar.

Frontmatter

Chapter 1. Einleitung und Zielsetzung

Zusammenfassung

Im Jahr 2009 verordnete das Europäische Parlament [39] Grenzwerte für den CO₂ Flottenaus-stoß in der Automobilindustrie. Um die Vorgaben von maximal 130 gCO₂/km ab 2015 und 95 gCO₂/km ab 2020 zu erfüllen, werden seitens der Automobilhersteller seither immer effi-zientere Kraftfahrzeuge und Antriebskonzepte vorgestellt. Entwicklungen wie der Trend zu höher aufgeladenen Verbrennungsmotoren oder der verstärkte Einsatz von Leichtbautechni-ken reduzieren den CO₂ Ausstoß von Kraftfahrtzeugen bereits nachhaltig.

Hannes Hopp

Chapter 2. Stand der Technik und Grundlagen von Lithium-Ionen-Batterien

Zusammenfassung

Im Folgenden werden aktuelle Konzepte elektrifizierter Antriebsstränge vorgestellt. Je nach Anwendungsfall kommen unterschiedliche Batteriesysteme zum Einsatz, von denen zwei davon hier diskutiert werden. Desweiteren soll auf die Grundlagen von Lithium-Ionen-Batterien näher eingegangen werden.

Hannes Hopp

Chapter 3. Simulationsmodelle – Aufbau und Funktion

Zusammenfassung

Im nachfolgenden Kapitel soll auf die verwendeten Simulationsmodelle zur Beschreibung der thermoelektrischen Wechselwirkungen näher eingegangen werden. Dabei liegt der Fokus auf dem Aufbau des thermoelektrischen Batteriemodells und der engen Verzahnung mit experi-mentellen Untersuchungen zur Bestimmung der benötigten Modellparameter. Die Fluidkreis-läufe werden anhand des verwendeten Konzeptfahrzeugs erläutert und die wichtigsten Komponenten und deren Datengrundlage diskutiert.

Hannes Hopp

Chapter 4. Experimentelle Untersuchungen und Validierung

Zusammenfassung

Die in Kapitel 0 beschriebenen Simulationsmodelle erfordern die Ermittlung von Modellparametern auf Basis experimenteller Untersuchungen. Zudem ist die Validierung der Teilmodelle essentiell, um die Güte der mit Hilfe des gekoppelten Simulationsverbunds erlangten Erkenntnisse zu bewerten. Basierend auf Komponenten-, Kreislauf- und Fahrzeugmessungen sollen die nachfolgenden Ergebnisse bewertet und eingeordnet werden.

Hannes Hopp

Chapter 5. Ergebnisse

Zusammenfassung

Einen Kernaspekt elektrifizierter Antriebsstränge stellt die Möglichkeit des rein-elektrischen Fahrens dar. Dieser Anwendungsfall ermöglicht eine Verbrauchsreduktion und zusätzlich die Nutzung regenerativer Energien beim Ladevorgang (vgl. Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit [62]). Ein weiterer wichtiger Aspekt besteht in der Ver-meidung von Zusatzsteuern wie der „City- aut“ in Ballungsräumen (Bsp. Vermeidung der „London Transport Congestion Charge“ durch Fahrzeuge mit einem CO₂ Ausstoß ≤ 75 g/km [121]).

Hannes Hopp

Chapter 6. Schlussfolgerungen und Ausblick

Zusammenfassung

Anhand der vorgestellten thermo-elektrischen Wechselwirkungen des Antriebsstrangs mit dem Gesamtfahrzeug-Thermomanagementsystem wurde die große Bedeutung dieser Effekte bei der Auslegung eines Batteriekühlsystems illustriert. Zur Lösung des Zielkonflikts aus elektrischer Reichweite und optimaler Temperierung des Batteriesystems kommen in der frühen Phase der Kraftfahrzeug Entwicklung Simulationsmodelle zum Einsatz. Diese Simulationsmodelle sollten alle relevanten Informationen über eine Kopplung austauschen, um somit aus Gesamtfahrzeugsicht die optimale Kühlungsstrategie sowie das am besten geeignete Kühlsystem abzuleiten.

Hannes Hopp

Backmatter

Title: Thermomanagement von Hochleistungsfahrzeug-Traktionsbatterien anhand gekoppelter Simulationsmodelle
Author: Hannes Hopp
Publisher: Springer Fachmedien Wiesbaden
Electronic ISBN: 978-3-658-14247-6
Print ISBN: 978-3-658-14246-9
DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-658-14247-6