Physikalische Modellierung, Simulation und Validierung der Antriebskomponenten von innovativen Fahrzeugkonzepten

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1 Physikalische Modellierung, Simulation und Validierung der Antriebskomponenten von innovativen Fahrzeugkonzepten Dragan SIMIC Mobility Department Electric Drive Technologies

2 Einleitung Motivation Auslegung eines neuen Antriebskonzepts Simulationsumgebung und entwickelte Modellbibliotheken SmartElectricDrive library (SED) SmartPowerTrain library (SPT) Simulation von elektrischen Antriebskomponenten Unterschiedliche Modellierungsarten Elektrische Maschine und Batterie Realisierung von Antriebskomponenten S4HEV Konzeptsimulation und Überblick Zusammenfassung 2

3 Motivation Gesamtfahrzeugsimulation Elektrische, mechanische und thermische Simulation Konventionell, HEV, EV, etc. Simulation von Nebenaggregaten Untersuchungen und Optimierungen von Antriebskomponenten Reduktion des Energieverbrauchs Auslegung und Realisierung der elektrischen Komponenten und des Abtriebsstrangs Senkung von Abgasemissionen bis hin zu Zero Emission Validierung von Simulationsmodellen 3

4 Auslegung eines neuen Antriebskonzepts 4

5 SmartElectricDrives library (SED) Modelliert mit Modelica Standard library Komponenten: Asynchronmaschinen, permanenterregte Synchronmaschinen, DC Maschinen Feld-Orientierte Regelung, Quasistationäre- und transiente Modelle Wandler, Umformer (idealisiert), Energiequellen (Batterien, Supercap., Brennstoffzellen) 5

6 SmartPowerTrains library (SPT) Modelliert mit Modelica Standard library SmartElectricDrives library Fokus: Modellierung und Simulation von konventionellen Fahrzeugen und Hybridfahrzeugen Beinhaltet: VKMs, Nebenaggregate, Kupplungen, Getriebe, Abtriebskomponenten, Karroserie, Wellen, Kühlkreislaufkomponenten, etc. 6

7 Elektrische Maschine Modellierung, Simulation Modellieren, wie? Kennlinien (Wirkungsgrad) Einfache, signalorientierte Modelle Physikalische, objektorientierte Modelle Warum? Quasistationäre Modellierung Transiente Modellierung Physikalisches Verhalten, Verlustmodelle Parametrisierung, Behandlung, Skalierung Elektrische, thermische und mechanische Eigenschaften 7

8 Elektrische Maschine Vermessung und Parametrisierung 8

9 Elektrische Maschine Validierung, Wirkungsgradkennlinien 9

10 Elektrische Maschine Simulationsvergleich, FTP72 10

11 Elektrische Maschine Simulationsvergleich, FTP72 11

12 z.b. Li-ion Zelle Modellierung, Simulation, HIL Modellieren, wie? Kennlinien (SOC OCV) Einfache signalorientierte Modelle Physikalische objektorientierte Modelle Quasistationäre Modellierung Transiente Modellierung Warum? Elektrisches und thermisches Verhalten Umparametrisierung, Packaging Alterungsmodelle 12

13 z.b. Li-ion Zelle Validierung in einem Real Life Cycle 13

14 z.b. Li-ion Zelle Realisierung und Packaging Batterie Modul-Integration High Power Cell 115 g, 4.8 mah, 3.7 V Ein Batteriemodul hat 50 Zellen Masse 7.5 kg Nominalspannung 185 V 14

15 Projekt S4HEV Simulation von innovativen und alternativen Antriebskonzepten Drei Konzepte wurden in Betracht genommen Physikalische objektorientierte Modelle wurden verwendet Dymola/Modelica als Simulationsumgebung Alle Antriebskomponenten wurden auf Basis von Mess- und Erfahrungsdaten parametrisiert 15

16 Druckluftkonzept 16

17 Schwungradkonzept 17

18 Seriellkonzept 18

19 Projekt: EVT (ATV), hofer powertrain 19

20 Projekt: Elektrisches Motorbike, KTM 20

21 Zusammenfassung Simulation des Gesamtfahrzeugs inklusive elektrische, mechanische und thermische Modellierung Untersuchungen von konventionellen, elektrischen und Hybridfahrzeugen Optimierung des Antriebskonzepts Realisierung von neuen Antriebskomponenten und Antriebskonzepten Ermittlung des besten Konzepts Identifizierung des Energieverbrauchs und der Emissionen Beschleunigung des Auslegungsprozesses 21

22 AIT Austrian Institute of Technology your ingenious partner DI Dr. Dragan Simic Austrian Institute of Technology Mobility Department Electric Drive Technologies Giefinggasse 2, 1210 Vienna, Austria T +43 (0) F +43 (0) dragan.simic@ait.ac.at