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Ganz gleich, ob es sich um das neueste Elektrofahrzeug, ein Hybridfahrzeug oder ein herkömmliches Benzinfahrzeug handelt, sie alle haben eine wichtige Aufgabe gemeinsam: die richtige Temperatur zu halten. Das Energie- und Wärmemanagement von Fahrzeugen ist wie das Dirigieren eines Orchesters, bei dem jedes Instrument in der perfekten Lautstärke spielen muss. Wenn es funktioniert, ist es wunderschön. Wenn es nicht funktioniert… nun, dann merken Sie es.
Die EV-Revolution hat diese Herausforderung noch verschärft. Jedes Watt, das für Kühlung oder Heizung verbraucht wird, wirkt sich direkt darauf aus, wie weit Sie mit einer Ladung fahren können. Die Lehren, die wir aus den Elektrofahrzeugen ziehen, helfen dabei, alle Fahrzeuge effizienter zu machen, unabhängig davon, was unter der Haube steckt.
Optimierung des Energie- und Wärmemanagements von Fahrzeugen
Traditionelle, isolierte Entwicklungsansätze sind einfach nicht mehr zeitgemäß. Das Kühlsystem getrennt vom Antriebsstrang zu entwickeln, der wiederum vom Komfortsystem für den Innenraum getrennt ist? Das ist so, als würde man versuchen, ein Haus zu bauen, indem man verschiedene Auftragnehmer arbeiten lässt, ohne miteinander zu sprechen. Das mag funktionieren, aber es wird nicht sehr effizient sein!
Es ist ein integrierter Ansatz erforderlich, um alles vom ersten Tag an zusammenzubringen. Hier kommen fortschrittliche Simulations- und Testtools ins Spiel, die es den Ingenieuren ermöglichen, das Gesamtbild zu sehen, bevor der erste Prototyp überhaupt gebaut ist.
Die integrierten VEM-VTM-Lösungen von Simcenter decken alle Entwicklungsphasen ab, von den Anforderungen, dem Benchmarking, der Architektur und der Dimensionierung bis hin zum Engineering der VTM-Komponenten und der Fahrzeugintegration.
Lassen Sie uns tiefer eintauchen, wie dieser moderne Ansatz die Fahrzeugentwicklung revolutioniert…
1 – VEM-Benchmarking und Zielsetzung
In der speziellen VEM-Einrichtung werden vorhandene Fahrzeuge mit Sensoren ausgestattet, um alle mechanischen, elektrischen und thermischen Energien zu ermitteln, die durch das Fahrzeug fließen. Es werden verschiedene Szenarien durchgespielt, wie z.B. normales Fahren, Kaltstart, Warmstart und Aufladen, um das komplette Verhalten des Fahrzeugs unter verschiedenen Bedingungen zu erfassen. Die Ingenieure verwenden diese Daten, um einen digitalen Zwilling zu erstellen, der verändert werden kann, um mögliche Verbesserungen und Optimierungen zu untersuchen. Jeder Aspekt des Fahrzeugs kann verändert werden, z. B. die Größe oder der Typ der Batterie, das Klimasystem oder die Positionierung verschiedener Komponenten, und dann werden Simulationen durchgeführt, um zu sehen, wie sich dies auf die Gesamtleistung auswirkt.
Möchten Sie mehr über VEM-Benchmarking erfahren?
2 – Definition der Fahrzeugarchitektur
Die Definition der Fahrzeugarchitektur konzentriert sich auf die Festlegung der Systemanforderungen und die anfängliche Dimensionierung zur Erreichung der Leistungsziele. Zu den wichtigsten Aktivitäten gehören die Auswahl des Antriebsstrangtyps, die Definition der thermischen Systemarchitektur, die Dimensionierung von Schlüsselkomponenten wie Motor und Batterie und die Bestimmung des Kühl-/Heizbedarfs.
OEMs nutzen die Daten und Modelle der Zulieferer, um die anfängliche Dimensionierung zu überprüfen und thermische Strategien zu entwickeln. Dies ermöglicht eine frühzeitige Identifizierung von Integrationsproblemen und eine Optimierung der Architektur. Der Prozess unterstützt die effiziente Entwicklung von Wärmemanagementsystemen und sorgt für einen Ausgleich zwischen Leistungs- und Komfortanforderungen.
Dieser datengesteuerte Ansatz hilft den OEMs, thermische Überlegungen von Anfang an zu integrieren, was eine schnellere Entwicklung von energieeffizienten Fahrzeugen ermöglicht.
Weitere Informationen über die Fahrzeugarchitektur finden Sie in dem Artikel Charged EV auf Wie man generative Technik bei der Erforschung der EV-Architektur einsetzt.
3 – Dimensionierung und Systementwicklung
Die Dimensionierung von VEM ist wie die Erstellung eines ausgewogenen Energieplans für ein Auto. Wie viel Energiespeicher brauchen wir für die gewünschte Reichweite? Wie stark muss der Elektromotor für die Beschleunigung, das Bergauffahren und die Autobahngeschwindigkeit sein? Wie wird die Leistungselektronik den Energiefluss zwischen der Batterie und dem Motor steuern? Wird das Kühlsystem alles auf einer sicheren Betriebstemperatur halten?
Alle Bausteine müssen perfekt zueinander passen. Wenn eine Komponente zu klein oder zu groß ist, beeinträchtigt dies die Leistung des gesamten Systems. Das Ziel ist es, den Sweet Spot zu finden, bei dem alles effizient zusammenarbeitet und gleichzeitig alle Anforderungen erfüllt werden.
4 – Detaillierte Entwicklung von Komponenten
Während ihrer Lebensdauer sind Fahrzeugkomponenten wiederholt Temperaturen von bis zu mehreren hundert Grad Celsius ausgesetzt. Ohne ein adäquates Wärmemanagement führt dies zum Ausfall der Komponenten und verursacht erhebliche Sicherheits- und Kostenprobleme.
Die Lösungen von Simcenter helfen den Konstrukteuren, das thermische Verhalten der einzelnen Komponenten vorherzusagen, um die erforderlichen Kühlungsstufen zu verstehen. Sie tragen auch dazu bei, dass die Batterien in Elektrofahrzeugen innerhalb der optimalen Betriebstemperatur bleiben, um maximale Leistung zu erbringen und Sicherheit zu gewährleisten.
Die integrierte Simulation ermöglicht den Ingenieuren auch die Optimierung Thermischer Komfort in der Kabine neben der Fahrzeugleistung. Komfort wird zu einem immer wichtigeren Unterscheidungsmerkmal, insbesondere bei Luxusfahrzeugen. Daher muss der Komfort optimiert werden, ohne die Leistung zu beeinträchtigen.
In den folgenden Ressourcen finden Sie weitere Informationen zum Wärmemanagement von Komponenten:
- Blog auf Batteriemodellierung und Sicherheitvon der 3D-Zellenkonstruktion bis hin zum vollständigen Akkupack und der thermischen Ausbreitung während eines Durchdrehens.
- Aufzeichnungen der letzten ICE-Workshop zum Thema Wärme wo Industrieexperten die neuesten Simulationsentwicklungen für Verbrennungsmotoren vorstellten
- Sehen Sie die Webinar zum thermischen Komfort in Kabinen um zu erfahren, wie die High-Fidelity-Simulation bei der Entwicklung effizienter HVAC-Kontrollsysteme hilft, oder lesen Sie, wie Calsonic Kansei Corporation, inzwischen mit Magneti Marelli fusioniert und jetzt als Marelli bekannt, reduzierte die Anzahl der physischen Prototypen für die Entwicklung von Klimaanlagen um die Hälfte.
5 – Vollständige Fahrzeugintegration
Für moderne Fahrzeuge ist eine ganzheitliche Betrachtung von Anfang an unerlässlich, da unzählige voneinander abhängige Faktoren den Energieverbrauch und das Wärmemanagement beeinflussen. Werden diese Elemente nicht frühzeitig integriert, führt dies später zu kostspieligen und zeitaufwändigen Designänderungen.
Die virtuelle Integration durch Simulation auf Systemebene ist ein wichtiger Faktor, der es funktionsübergreifenden Teams ermöglicht, traditionelle Silos aufzubrechen und effektiv zusammenzuarbeiten. Ein digitaler Faden verbindet die sich entwickelnden Subsysteme und stellt sicher, dass die neuesten Modelle während der gesamten Entwicklung integriert werden. So kann jede Disziplin verstehen, wie sich ihre Arbeit auf das gesamte Fahrzeugsystem auswirkt – und von diesem beeinflusst wird.
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