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ICOS

Independent Co-Simulation

Beispiel: Entwurf und Validierung eines Serienhybrids

Die Komplexität und die Notwendigkeit einer Domänen-übergreifenden Co-Simulation sind anhand der Auslegung eines Serienhybridfahrzeuges mit Lithium-Ionen-Speicher klar ersichtlich. Der Entwicklungsprozess beginnt dabei (nach der Festlegung auf einen Serienhybrid Ansatz) mit der topologischen Sicht (Abb. 1).

 

 

Abb. 1: Schematische Topologie eines Serienhybrids.
Quelle: Area Vehicle Electrics/Electronics & Software, ViF

 

Nun muss das Antriebskonzept für verschiedene Fahrzyklen bzw. Fahrstile und für verschieden komplexe Batteriemodelle anhand einer gekoppelten Simulation validiert werden. Die einzelnen Simulationsmodelle bilden gemeinsam das Fahrzeug (Getriebe, Rollwiderstand, Aerodynamik, Massenträgheit, auftretende Verluste,…), den Verbrennungsmotor und die elektrischen Komponenten (Leistungselektronik, E-Motor, Energiespeicher, Bordnetz) ab. Abbildung 2 zeigt ein Beispiel für eine derartige Kopplung mittels ICOS.

 

Abb. 2: Beispiel für eine Co-Simulation mittels ICOS. Verschiedene Simulatoren werden in verschiedenen Fahrzuständen gemeinsam simuliert.
Quelle: Area Vehicle Electrics/Electronics & Software, ViF

 

Die Wichtigkeit einer Gesamtsimulation wird anhand der nun möglichen Systemoptimierung evident: Ausgehend von der Gesamtsimulation Serienhybrid wird das Batteriemodell um das Temperaturverhalten in Abhängigkeit von Lade-/Entladestrom und –zeit erweitert. Über Detektion von Spannung, Innenwiderstand, Kapazität und Temperatur wird der Zustand der Batterie („state-of-health“) mitbetrachtet. Um einer unerwünschten, beschleunigten Alterung der Batterie im Betrieb entgegenzuwirken (bedingt durch Temperaturen über 40°C), wird eine Erweiterung des Energiespeichersystems um eine SuperCap vorgeschlagen. Das Energiemanagement wird durch eine Kaskadenregelung umgesetzt (Regelung der Bordnetzspannung mit unterlagerter Temperaturregelung).


Abbildung 3 zeigt das Ergebnis der Co-Simulation für einen realen Fahrzyklus. Aufgrund der Modellierung kann der Regler so optimiert werden, dass die Temperatur der Batterie immer unter 40 °C gehalten wird. (Boost-Funktionen)

Zudem bietet die SuperCap die Möglichkeit kurzzeitig hohe Leistungen zur Verfügung zu stellen.

Abb. 3: Ergebnis der Co-Simulation für einen realen Fahrzyklus: Durch Einsatz der SuperCap kann die Batterietemperatur immer unter 40 °C gehalten werden.
Quelle: Area Vehicle Electrics/Electronics & Software, ViF

 

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