Modellprädiktive Regelungsstrategien für batteriebetriebene Elektrofahrzeuge

Autoren

Prof. Dr.-Ing. S. Pischinger, P. Schutzeich  MSc, Lehrstuhl für Thermodynamik mobiler Energiewandlungssysteme (tme), RWTH Aachen University; Dr.-Ing. D. Hemkemeyer, FEV, Aachen:

Jahr

2023

Druckinfo

Eigenproduktion ÖVK

Zusammenfassung

In diesem Paper wird die Anwendung von modellprädiktiven Regelungsansätzen (MPC) für das Thermomanagement von batterieelektrisch angetriebenen Fahrzeugen untersucht. Hierfür werden beispielhaft die Themenbereiche der Batteriekonditionierung für die gezielte Vorbereitung auf Ladeevents und die Konditionierung der Fahrzeugkabine herangezogen.

In einem ersten Schritt werden in der Veröffentlichung die verwendeten Grundlagen zur Formulierung des Optimierungsproblems vorgestellt. Es werden grundsätzliche Begrifflichkeiten und die Besonderheiten beim Aufbau einer MPC erläutert.

Im darauf folgenden Kapitel soll auf die funktionale Architektur und die Modellierung der Systemdynamik für die MPC eingegangen werden. Letzteres ist das Herzstück der modellprädiktiven Regelung und ist maßgeblich ausschlaggebend für die Leistungsfähigkeit des Ansatzes. Aus diesem Grunde werden die Umfänge und die Methodik bei der Modellierung der Systemdynamik näher beleuchtet. Dies wird gesondert für die Batteriekonditionierung und die Kabinenklimatisierung vorgenommen.

Abschließend wird die Leistungsfähigkeit der Kontrollstrategien für beide Anwendungsbeispiele im Vergleich zu einem regelbasierten Ansatz untersucht. Hierbei zeigt der MPC sein volles Potential. Für die Batteriekonditionierung konnte eine Verbesserung der Reichweit von 2.94 % bei einer gleichzeitigen Reduzierung der benötigten Zeit für das Ladeevent von 10. 2 % erreicht werden. Für die Kabinenklimatisierung wird die Integration von Heizflächen in eine MPC-Strategie bewertet. Hier konnten zusätzliche Energieeinsparpotentiale von bis zu 16.7 % identifiziert werden.

ISBN

978-3-9504969-2-5