Ein Beitrag zur Optimierung von Ladevorgängen elektrifizierter Fahrzeuge unter Thermomanagement-Gesichtspunkten

Die vorliegende Arbeit geht der Frage nach, inwieweit Ladevorgänge elektrifizierter Fahrzeuge unter Thermomanagement-Gesichtspunkten optimiert werden können. Gegenstand der Arbeit ist eine Ladestrategie für Elektrofahrzeuge, in der Verluste im Ladegerät aus der Energiewandlung von Wechsel- zu Gleichstrom für ein Thermomanagement von Innenraum und HV-Batterie genutzt werden.
In einer experimentellen Analyse werden die Verluste der beteiligten Komponenten eines Citroën C-Zeros und Smart EDs messtechnisch erfasst sowie Ladevorgänge der drei gängigen Lademodi analysiert. Dabei zeigt sich, dass höhere Ladeleistungen in der Regel mit höheren Auflade-Effizienzen einhergehen. Zudem erweist sich das AC-Laden mit 22kW unter den betrachteten Randbedingungen sowohl als schneller als auch in der Gesamtwirkungsgradbetrachtung effizienter als das DC-Laden mit 50kW.
Es wird ein thermisches Gesamtfahrzeug-Modell entwickelt und parametriert, mit dessen Hilfe verschiedene Maßnahmen zur Nutzbarmachung der Verluste während des Ladevorgangs simuliert werden.
Die simulative Untersuchung zeigt ein begrenztes Potential der Abwärmenutzung zur Innenraumkonditionierung mittels thermischen Energiespeichers (TES). Sofern bei der Nutzung der eingespeicherten Energie auch auf den sensiblen Anteil des Phasenwechselmaterials (PCM) Natriumacetat abgezielt wird und auf eine eigentlich charakteristische Unterkühlung des Materials verzichtet wird, können unter bestimmten Bedingungen mit hohem Aufwand Energieeinsparungen ausgewiesen werden.
Des Weiteren zeigt die simulative Untersuchung erstmalig, dass die Abwärme des Ladegerätes zur Erwärmung der HV-Batterie genutzt und darüber hinaus das Heizungsverhalten eines HV-Batterie-PTCs mittels einer intelligenten Steuerung nachgestellt werden kann. Eine Bewertung der Simulationsergebnisse im Hinblick auf unterschiedliche klimatische Randbedingungen (Oslo, Zürich, Madrid) weist gewichtete Effizienzsteigerungen im Jahresmittel nach. Damit kann auf ein eigenes HV-Batterie-PTC inklusive der kostenintensiven Anbindung an den Kühlkreislauf verzichtet werden. Durch den Entfall dieser Komponente werden auf Herstellerseite eine Kosteneinsparung und auf Nutzerseite eine Verbrauchsreduzierung infolge des geringeren Gesamtgewichts des Fahrzeugs sowie höhere Lade-Effizienzen bei niedrigen Umgebungstemperaturen erzielt.