Topologie und Thermomanagement

Betreuung: Eckstein (ika), Abel (IRT), Kneer (WSA), Pischinger (VKA)

Die Effizienz von Fahrzeugen mit integriertem Energieversorgungsmodul hängt maßgeblich von der Thermomanagementtopologie ab. Bedingt durch den Energiebedarf für die Komponenten- und Innenraumtemperierung kann sich die elektrische Reichweite abhängig von den klimatischen Randbedingungen mehr als halbieren. Gleichzeitig wird bei der Bereitstellung der Antriebsenergie nur ein Teil der eingesetzten Energie im Sinne der gewünschten Endenergie genutzt. Dies ist vor allem bei Fahrzeugen mit einer Brennstoffzelle von großer Bedeutung, da hier zum Teil mehr als 50 % der eingesetzten Energie in Abwärme umgewandelt werden. Um die Reichweiteneinbußen bedingt durch die Fahrzeug- und Komponentenklimatisierung zu minimieren, müssen somit sämtliche Abwärmequellen und -senken intelligent miteinander vernetzt werden. Zudem stellen die Brennstoffzelle sowie die Batterie, der Elektromotor und die Leistungselektronik hohe Anforderungen an die thermische Konditionierung. Um die Funktionsfähigkeit unter allen Betriebsbedingungen und eine ausreichende Lebensdauer der Systeme zu gewährleisten, ist die Sicherstellung von unterschiedlichen Grenztemperaturen in den Systemen durch eine geeignete thermische Konditionierung von großer Bedeutung. Dies erfordert zum Teil eine Konditionierung mit fluidischen Medien auf unterschiedlichen Temperaturniveaus. Um gleichzeitig die Wärmequellen und -senken zur Erhöhung der Effizienz und Reichweite bestmöglich miteinander zu vernetzen, sind innovative Energiesystemarchitekturen erforderlich. In dem Zusammenhang ist der Einsatz unterschiedlicher Wärmepumpensysteme mit verschiedenen Energiesystemarchitekturen zu untersuchen, wobei innovative, dezentrale und effiziente Lösungsansätze auf System- und Komponentenebene zu berücksichtigen sind. Beispielsweise können durch Phasenwechselmaterialien integriert in die Leistungselektronik Leistungspeaks bei konstanter Temperatur gepuffert werden. Dies reduziert zum einen die Entwärmungsproblematik der Leistungselektronik, zum anderen kann somit eine effizientere Nutzung der Abwärme sichergestellt werden. Dezentrale Systeme beispielsweise auf Basis von thermoelektrischen Wärmepumpen bieten zusätzliche Potenziale hinsichtlich Effizienz, Package und Leistungsfähigkeit und sind ebenfalls zu berücksichtigen.

Um ein ganzheitliches Optimum hinsichtlich Effizienz und Leistungsfähigkeit zu finden, ist eine innovative Methodik erforderlich, mit welcher Thermomanagementtopologien ganzheitlich unter Berücksichtigung von innovativen Lösungsansätzen auf System- und Komponentenebene identifiziert werden können. In dem Kontext sind neue Ansätze zur Erstellung von thermischen Komponentenmodellen erforderlich. Inverse Methoden bieten hier großes Potenzial valide Modelle mit Messdaten schnellstmöglich zu erstellen und sind ebenfalls zu erforschen.