Untersuchung von Thermomanagementmaßnahmen zur Verbrauchssenkung in einem Parallelhybridantriebsstrang mittels Simulation

Abstract

Die Arbeit befasst sich mit dem Thermomanagement als Möglichkeit zur Verbrauchssenkung in Hybridfahrzeugen. Verschiedene Maßnahmen zur Beeinflussung der Wärmeströme werden in ihren Auswirkungen auf den Verbrauch überprüft. Alle Maßnahmen haben zum Ziel, die Phase des Warmlaufs von Antriebsstrangkomponenten, die unterhalb ihrer Betriebstemperatur einen Mehrverbrauch bewirken, zu verkürzen.<br />Nach dem einleitenden Abschnitt 1 werden in Abschnitt 2 eine grundlegende Eintei-lung von Hybridantrieben sowie der Stand der Technik des Wärmemanagements dargelegt. In Abschnitt 3 zeigen Messungen an einem Hybridfahrzeug und an einem ähnlichen Fahrzeug mit konventionellem Antrieb beispielhaft den unterschiedlichen Warmlauf der Verbrennungsmotoren für diese beiden Antriebsarten.<br />Da die Untersuchungen der Wärmemanagementmaßnahmen mit Hilfe von Fahrzeugsimulationen erfolgen soll, muss ein entsprechendes Simulationswerkzeug geschaffen werden. Dazu wird ein bereits existierendes Antriebsstrangmodell so verändert und erweitert, dass einerseits die Temperaturen aller wesentlichen An-triebsstrangkomponenten und andererseits der Einfluss dieser Temperaturen auf die Effizienz bzw. auf den Verbrauch in der Simulation wiedergegeben werden. Diese Modellbildungen werden in Abschnitt 4 ausgeführt und umfassen außer den Antriebsstrangkomponenten auch den Kühlkreislauf, sowie die einen Wärmespeicher und einen Abgaswärmetauscher. Die Betriebsstrategie, die ein wesentliches Merkmal eines Hybridantriebs darstellt, wird bei einigen Wärmemanagementansätzen modifiziert. Deshalb wird zunächst die Referenzbetriebsstrategie in Abschnitt 5 erläutert. Mit dem für Thermomanagementuntersuchungen erweiterten Simulationsmodell werden die Potenziale zur Verbrauchseinsparung, wie in Abschnitt 6 gezeigt, für ein Parallelhybridfahrzeug und ein vergleichbares konventionelles Fahrzeug ermittelt. In Abschnitt 7 werden verschiedene Ansätze des Wärmemanagements erörtert und die zughörigen Simulationsergebnisse analysiert. Dabei werden hybridspezifische Ansätze, bei denen die Veränderung der Betriebsstrategie im Mittelpunkt steht, untersucht, aber auch die Einbindung eines Wärmespeichers und eines Abgaswär-metauschers zur Unterstützung des Warmlaufs verschiedener Komponenten. Die Elemente Wärmespeicher und Abgaswärmetauscher können auch in konventionelle Antriebsstränge integriert werden. Die Ergebnisse solcher Konfigurationen werden in Abschnitt 8 jenen des Hybridantriebstrangs gegenübergestellt. Für das Hybridfahrzeug ergeben sich fast durchwegs größere Verbrauchsreduktionen.<br />