Von Wärme zu Reichweite – Energie- und Thermomanagement perfekt umgesetzt
Ganz gleich, ob es sich um das neueste Elektrofahrzeug, einen Hybrid oder ein herkömmliches Benzinauto handelt, sie alle haben ein entscheidendes Bedürfnis gemeinsam: die Temperatur „genau richtig“ zu halten. Das Energie- und Wärmemanagement von Fahrzeugen ist vergleichbar mit dem Dirigieren eines Orchesters, bei dem jedes Instrument mit der perfekten Lautstärke gespielt werden muss. Wenn es funktioniert, ist es schön. Wenn nicht ... dann ist dies der Moment, in dem Sie es bemerken.
Die EV-Revolution hat diese Herausforderung noch verstärkt. Jedes Watt für Kühlung oder Heizung beeinflusst direkt, wie weit Sie mit einer Ladung fahren können. Was wir aus E-Fahrzeugen lernen, hilft dabei, alle Fahrzeuge effizienter zu machen – egal, was unter der Motorhaube steckt.
Optimierung des Energie- und Wärmemanagements von Fahrzeugen
Herkömmliche, isolierte Konstruktionsansätze reichen heute nicht mehr aus. Das Kühlsystem getrennt vom Antriebsstrang entwickeln, der wiederum vom Kabinenkomfortsystem getrennt ist? Das ist wie ein Hausbau, bei dem verschiedene Handwerker ohne Absprache arbeiten. Es könnte funktionieren, ist aber nicht besonders effizient!
Ein integrierter Ansatz ist erforderlich, um alle Beteiligten vom ersten Tag an zusammenzubringen. Hier kommen fortgeschrittene Simulations- und Testwerkzeuge ins Spiel, die es Konstrukteuren ermöglichen, das große Ganze zu sehen, bevor der erste Prototyp überhaupt gebaut wird.
Die integrierten VEM-VTM-Lösungen von Simcenter decken alle Entwicklungsphasen ab: von Anforderungen, Benchmarking, Architektur und Dimensionierung bis hin zur Entwicklung von VTM-Komponenten und Fahrzeugintegration.
Sehen wir uns genauer an, wie dieser moderne Ansatz die Fahrzeugentwicklung revolutioniert ...
1 – VEM-Benchmarking und Zielsetzung
In der speziellen VEM-Anlage werden vorhandene Fahrzeuge mit Sensoren ausgerüstet, um sämtliche mechanische, elektrische und thermische Energieströme zu erfassen. Es werden verschiedene Szenarien durchgespielt, z. B. normales Fahren, Kaltstart, Warmstart und Laden, um das gesamte Verhalten des Fahrzeugs unter verschiedenen Bedingungen zu erfassen. Konstrukteure nutzen diese Daten, um einen digitalen Zwilling zu erstellen, der modifiziert werden kann, um potenzielle Verbesserungen und Optimierungen zu erkunden. Jeder Aspekt des Fahrzeugs kann geändert werden, z. B. die Größe oder der Typ der Batterie, das HLK-System oder die Positionierung verschiedener Komponenten, und dann können Simulationen durchgeführt werden, um die Auswirkungen auf die Gesamtleistung zu sehen.
Möchten Sie mehr über VEM-Benchmarking erfahren?
- Besuchen Sie den virtuellen Rundgang durch die Simcenter VEM-Anlage in Lyon, Frankreich.
- Sehen Sie sich unser VEM-Benchmarking-Webinar an und erfahren Sie, wie Sie einheitliches Fahrzeug-Benchmarking zur Förderung der Fahrzeugentwicklung umsetzen können.
2 – Definition der Fahrzeugarchitektur
Die Definition der Fahrzeugarchitektur konzentriert sich auf die Festlegung der Systemanforderungen und der anfänglichen Dimensionierung, um die Leistungsziele zu erreichen. Zu den wichtigsten Aktivitäten gehören die Auswahl des Antriebsstrangtyps, die Definition der thermischen Systemarchitektur, die Dimensionierung von Schlüsselkomponenten wie Motor und Batterie sowie die Ermittlung des Kühl-/Wärmebedarfs.
Erstausrüster nutzen Lieferantendaten und -modelle, um die anfängliche Dimensionierung zu validieren und thermische Strategien zu entwickeln. Dies ermöglicht eine frühzeitige Erkennung von Integrationsproblemen und eine Optimierung der Architektur. Der Prozess ermöglicht die effiziente Entwicklung von Thermomanagementsystemen unter Berücksichtigung von Leistungs- und Komfortanforderungen.
Dieser datengesteuerte Ansatz hilft Erstausrüstern, thermische Aspekte von Beginn an zu integrieren und beschleunigt somit die Entwicklung energieeffizienter Fahrzeuge.
Weitere Informationen zur Fahrzeugarchitektur finden Sie im Artikel in Charged EV zum Thema wie generatives Engineering bei der Erkundung von EV-Architekturen eingesetzt werden kann.
3 – Dimensionierung und Systementwicklung
Die VEM-Dimensionierung gleicht einem ausgewogenen Energiekonzept für ein Fahrzeug. Wie viel Energiespeicher brauchen wir für die gewünschte Reichweite? Wie leistungsstark muss der Elektromotor für Beschleunigung, Steigungen und Autobahnfahrten sein? Wie steuert die Leistungselektronik den Energiefluss zwischen Akku und Motor? Sorgt das Kühlsystem für sichere Betriebstemperaturen?
Alle Bausteine müssen perfekt zusammenpassen. Wenn eine Komponente zu klein oder zu groß ist, wirkt sich dies auf die Leistung des gesamten Systems aus. Ziel ist es, den optimalen Bereich zu finden, in dem alles effizient zusammenwirkt und alle Anforderungen erfüllt werden.
4 – Detaillierte Komponentenkonstruktion
Fahrzeugkomponenten werden im Laufe ihrer Nutzungsdauer wiederholt Temperaturen von bis zu mehreren Hundert Grad Celsius ausgesetzt. Ohne angemessenes Wärmemanagement führt dies zum Versagen von Bauteilen, was erhebliche Sicherheits- und Kostenprobleme verursacht.
Simcenter-Lösungen helfen Konstrukteuren, das thermische Verhalten jeder Komponente vorherzusagen, um die erforderlichen Kühlniveaus zu verstehen. Zudem sorgen sie dafür, dass die Batterien in Elektrofahrzeugen innerhalb der optimalen Betriebstemperatur bleiben, um Höchstleistung zu liefern und Sicherheit zu garantieren.
Die integrierte Simulation ermöglicht Konstrukteuren, den thermischen Komfort in der Kabine parallel zur Fahrzeugleistung zu optimieren. Komfort wird zu einem immer wichtigeren Unterscheidungsmerkmal, insbesondere in Luxusfahrzeugen. Daher muss der Komfort optimiert werden, ohne die Leistung zu beeinträchtigen.
Lesen Sie die folgenden Ressourcen für weitere Informationen zum thermischen Management von Komponenten:
- Blog über Batteriemodellierung und -sicherheit, von der 3D-Zellenkonstruktion bis hin zum vollständigen Batteriepaket und der thermischen Ausbreitung während eines Durchgeh-Ereignisses.
- Aufzeichnungen des letzten ICE Thermal Workshops, bei dem Branchenexperten die neuesten Simulationsentwicklungen für Verbrennungsmotoren vorstellten
- Sehen Sie sich das Webinar Thermischer Komfort in der Kabine an, um zu erfahren, wie hochpräzise Simulation die Konstruktion effizienter HLK-Steuerungssysteme unterstützt, oder lesen Sie, wie die Calsonic Kansei Corporation, die mit Magneti Marelli fusionierte und heute als Marelli bekannt ist, die Anzahl physischer Prototypen für die Konstruktion von Klimaanlagen halbiert hat.
5 – Vollständige Fahrzeugintegration
Bei modernen Fahrzeugen ist eine ganzheitliche Sicht von Beginn an essenziell, da zahlreiche interdependente Faktoren Energienutzung und Thermomanagement beeinflussen. Werden diese Elemente nicht frühzeitig integriert, führt dies später zu kostspieligen und zeitaufwendigen Konstruktionsänderungen.
Die virtuelle Integration durch Simulation auf Systemebene ist ein entscheidender Faktor, der es funktionsübergreifenden Teams ermöglicht, traditionelle Silos zu durchbrechen und effektiv zu kooperieren. Ein digitaler roter Faden verbindet die sich entwickelnden Subsysteme und stellt sicher, dass die neuesten Modelle während der gesamten Entwicklung integriert werden. Dies ermöglicht jeder Disziplin zu verstehen, wie ihre Arbeit das gesamte Fahrzeugsystem beeinflusst – und von diesem beeinflusst wird.
Dieses Simcenter Amesim-Modell integriert eine detaillierte 3D-Luftströmung in der Kabine, die Leistung des HLK-Systems, die thermische Dynamik der elektrischen Maschine und die Strategie zur Steuerung des Wärmemanagements, um die thermischen Systeme des Fahrzeugs ganzheitlich zu optimieren.
Weitere Informationen zur Optimierung des Energiemanagements bei der Integration
- Sehen Sie sich dieses Webinar an, um zu erfahren, wie Sie Wärmemanagement und Energieeffizienz von der Bauteil-Konstruktion bis zur Integration des gesamten elektrischen Systems optimieren können.
- Lesen Sie die Geschichten zur VEM-Integration von BAIC Motor und Applus IDIADA.
Und was jetzt?
Moderne Fahrzeuge benötigen moderne Entwicklungsmethoden. Die Überwindung traditioneller Barrieren zwischen Entwicklungsteams ist nicht nur angenehm, sondern unerlässlich für den Erfolg. Der Einsatz des ganzheitlichen Ansatzes von Simcenter zur Optimierung von VEM und VTM ist so, als würde das gesamte Entwicklungsteam die gleiche Sprache sprechen.
