Einfluss des Batteriethermomanagements auf die Effizienz des Elektrofahrzeugs: = Influence of battery thermal management on the efficiency of electric vehicles
Gespeichert in:
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| Format: | Abschlussarbeit Buch |
| Sprache: | German |
| Veröffentlicht: |
Aachen
fka Forschungsgesellschaft Kraftfahrwesen mbH Aachen
2016
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| Schriftenreihe: | Schriftenreihe Automobiltechnik
197/16 |
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| Online-Zugang: | Inhaltsverzeichnis |
| Beschreibung: | 208 Seiten Illustrationen, Diagramme |
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5
Inhalt
1 Motivation und Zielsetzung 9
2 Grundlagen und Stand der Technik 13
2 1 Energiesystem Fahrzeug 13
2 2 Elektrofahrzeuge 14
221 Antriebsstrangstruktur 15
222 Elektrische Antriebskomponenten 16
223 Innenraum 17
2 3 Traktionsbatterien im Elektrofahrzeug 19
231 Grundlagen der Lithium-Ionen Zellen 20
232 Aufbau von Lithium-Ionen Zellen 23
233 Temperierung von Lithium-Ionen Zellen 23
234 Aufbau eines Batteriesystems 24
2 4 Thermomanagement von Elektrofahrzeugen 26
241 Heizsysteme 27
242 Innenraumklimatisierung 29
243 Komponenten- und Traktionsbatterietemperierung 32
2 5 Thermomanagementmaßnahmen zum Zwecke der Effizienzsteigerung 35
251 Maßnahmen zur Innenraumklimatisierung 36
252 Batteriethermomanagement 40
2 6 Numerische Bewertungsverfahren des Fahrzeugthermomanagements 41
261 Dreidimensionale Simulationsverfahren 41
262 Eindimensionale Simulationsverfahren 42
3 Wissenschaftliche Problemstellung und Forschungsansatz 44
3 1 Forschungsbedarf und Forschungsfragen 44
3 2 Forschungsansatz und Vorgehensweise 48
3 3 Werkzeuge und Methoden 51
331 Simulationswerkzeug 51
332 Forschungsfahrzeug
51
6
Inhalt
333 Traktionsbatterien des Forschungsfahrzeugs 55
3 4 Bewertungsmethodik 58
341 Fahrprofil und Umweltbedingungen 58
342 Bewertungszeiträume, Bewertungsgrößen und Startbedingungen 60
343 Bewertungsgrundlage und weitere Annahmen 62
4 Ganzheitliche Simulationsmethodik 64
4 1 Zweck und Anforderungen 64
4 2 Modellarchitektur 64
421 Energetische Netzwerke 66
422 Komponentenmodelle 67
4 3 Methodik zur Berechnung dreidimensionaler Temperaturfelder 68
431 Modelltechnische Umsetzung 69
432 Thermische Modellierung der 18650 Zelle 71
433 Thermische Modellierung des Batteriemoduls 72
434 Modellvalidierung 74
5 Gesamtfahrzeugmodellierung und Modellabgleich 78
5 1 Modellbildung 78
511 Umgebung 79
512 Fahrzeuglängsdynamik und Antriebsstrang 79
513 Elektrische Bordnetze und Gleichspannungswandler 82
514 Innenraum und Heizsystem 84
515 Kühlmittelkreisläufe 89
516 Traktionsbatterie 90
5 2 Abgleich und Plausibilisieren des Simulationsmodells 93
521 Abgleich im dynamischen Fährbetrieb 94
522 Abgleich der stationären Innenraumbeheizung 98
6 Untersuchung der Thermomanagementmaßnahmen 101
6 1 Systemkonzeption 101
Inhalt
7
6 2 Regelheuristiken 104
621 Regelung der Längsdynamik und der HV-Gleichspannungswandler 104
622 Regelung zur Innenraumbeheizung 105
623 Regelung zur Batterietemperierung 106
6 3 Effizienzanalyse 108
631 Vorkonditionierung der Traktionsbatterie (S1) 109
632 Heizen der Traktionsbatterie während der Fahrt (S2) 113
633 Verwendung der Traktionsbatterie zur Wärmespeicherung (S3) 117
7 Zusammenfassung und Ausblick 127
8 Formelzeichen, Indizes und Abkürzungen 131
9 Literatur 138
10 Anhang 170
10 1 Grundlagen 170
10 1 1 Einfluss einer elektrischen Innenraumbeheizung auf die Reichweite 170
10 1 2 Richtlinien zur energetischen Bewertung von Elektrofahrzeugen 170
10 1 3 Weitere relevante Normen und Testverfahren 173
10 1 4 Wärmetransportmechanismen 175
10 2 Weiterführende Erläuterungen zur entwickelten Simulationsmethodik 180
10 2 1 Verwendete physikalische Konnektoren 180
10 2 2 Erhaltungsgleichungen eindimensionaler Fluidströme 181
10 2 3 Erläuterung zur implementierten Finite-Volumen-Methode 182
10 3 Fahrzeug- und Modellparameter 185
10 3 1 Umgebungsmodell 186
10 3 2 Fahrzeugparameter zur Berechnung der Fahrwiderstände 186
10 3 3 Antriebseinheit 187
10 3 4 HV-Gleichspannungswandler 192
10 3 5 NV- Gleichspannungswandler 193
10 3 6 Traktionsbatterie 194
10 3 7 Innenraum 195
8
Inhalt
10 3 8 Innenraumheizsystem 197
10 4 Weitere Simulationsergebnisse 198
10 4 1 Mittlerer Heizbedarf der Fahrzeugreferenz RI 198
10 4 2 Simulationsstudie S2 199
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