Prädiktives Thermomanagement für hochflexible Zero-Impact Hybridfahrzeuge

Müller, Jonas; Andert, Jakob Lukas; Pischinger, Stefan

doi:HT031404065

Prädiktives Thermomanagement für hochflexible Zero-Impact Hybridfahrzeuge = Predictive thermal management for highly flexible zero-impact hybrid electric vehicles

Müller, Jonas^RWTH*

2025 & 2026

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Jonas Müller

ImpressumAachen : RWTH Aachen University 2025

Umfang1 Online-Ressource : Illustrationen

Dissertation, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, 2025

Veröffentlicht auf dem Publikationsserver der RWTH Aachen University 2026

Genehmigende Fakultät
Fak04

Hauptberichter/Gutachter
Pischinger, Stefan (Thesis advisor)^RWTH* ; Andert, Jakob Lukas (Thesis advisor)^RWTH*

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2025-05-23

Online
DOI: 10.18154/RWTH-2026-01229
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/1027121/files/1027121.pdf

Einrichtungen

Lehrstuhl für Thermodynamik mobiler Energiewandlungssysteme und Institut für Thermodynamik (412310)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 620

Kurzfassung
Die Entwicklungsherausforderungen in der Automobilindustrie nehmen aufgrund neuer Technologien, gesetzlicher Vorgaben, gesellschaftlicher Trends und veränderter Mobilitätsbedürfnisse der Kunden stetig zu. Dies führt zu einer hohen Variantenvielfalt der Fahrzeuge und einer zunehmenden Komplexität der Antriebsstränge. Um Entwicklungszeiten bei gleichzeitig hoher Produktqualität und Wirtschaftlichkeit weiter zu verkürzen, bietet sich der Einsatz modellbasierter Methoden zur ganzheitlichen Antriebsstrangauslegung an. Dabei ist es erforderlich, die Wechselwirkungen relevanter Zielgrößen im realen Fahrbetrieb zu identifizieren, wobei insbesondere zahlreiche thermische Effekte innerhalb des Antriebsstrangs und der Fahrumgebung zu berücksichtigen sind. Dazu wird zunächst die entwickelte Auslegungsmethodik in einem Top-Down-Ansatz beschrieben. Als Ergebnis werden antriebsstrangrelevante Anforderungen für einen exemplarischen Zielkunden in ein Lastenheft mit spezifischen Testfällen überführt. Anschließend wird die Relevanz des Thermomanagements für unterschiedliche Zielgrößen der Antriebsstrangauslegung theoretisch hergeleitet und der Stand der Technik aktueller Thermomanagement-Systeme sowie deren Regelstrategien dargestellt. Zur Bewertung der resultierenden Anforderungen wird ein Gesamtfahrzeugmodell mit detaillierten thermischen Teilmodellen aufgebaut. Basierend auf standardisierten Testfällen erfolgt die Grundauslegung eines C-Segment Plug-In-Hybridfahrzeugs. Der Einfluss unterschiedlicher Kundenprofile auf das Auslegungsergebnis wird anhand variierter Gewichtungsfaktoren untersucht. Die Auslegung des Zielkunden wird in vier Realfahrszenarien mit verschiedenen Variationsparametern, wie Umgebungstemperatur und Batterieladezustand, hinsichtlich des thermischen Einflusses auf die Zielgrößen analysiert. Abschließend wird das Potenzial von Thermomanagement-Technologien und prädiktiven Fahrfunktionen für ausgewählte Fahrszenarien vor dem Hintergrund der identifizierten Restriktionen der Grundauslegung analysiert.

The development challenges in the automotive industry are continuously increasing due to new technologies, regulatory requirements, societal trends, and changing customer mobility demands. This results in a high diversity of vehicle variants and a growing complexity of powertrains. In order to further reduce development times while maintaining high product quality and economic efficiency, the application of model-based methods for holistic powertrain design represents a promising approach. In this context, it is essential to identify the interactions of relevant target metrics under real driving conditions, with particular consideration given to numerous thermal effects within the powertrain and the driving environment. First, the developed design methodology is presented using a top-down approach. Based on this methodology, powertrain-relevant requirements for an exemplary target customer are translated into a specification sheet including dedicated test cases. Subsequently, the relevance of thermal management for different powertrain design target metrics is theoretically derived, and the state of the art of current thermal management systems and their control strategies are reviewed. To evaluate the resulting requirements, a full vehicle model with detailed thermal submodels is developed. Based on standardized test cases, a baseline design of a C-segment plug-in hybrid vehicle is carried out. The influence of different customer profiles on the design outcome is investigated using varying weighting factors. The target customer design is analyzed in four real-world driving scenarios with varying parameters such as ambient temperature and battery state of charge, focusing on the thermal impact on the target metrics. Finally, the potential of thermal management technologies and predictive driving functions is assessed in selected driving scenarios, taking into account the identified constraints of the baseline design.

OpenAccess:
PDF
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