Co-Simulation des dynamischen Wärmeübertragungsverhaltens einer Kühlplatte

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Co-Simulation des dynamischen Wärmeübertragungsverhaltens einer Kühlplatte

Rückert, Jan Philipp / Schmitz, Gerhard

In der Automobilindustrie wird mehr und mehr eine ganzheitliche Simulation des Fahrzeuges angestrebt. Dazu ist es notwendig, u. a. die Klimatisierung des Fahrzeugs für jeden möglichen Betriebszustand numerisch abbilden zu können. Hierbei stellt der neue Energiespeicher bei Hybrid- und Elektro-Fahrzeugen neue Anforderungen an das Klimasystem und seine Modellierung, da diese Komponenten stets in einem engen Temperaturbereich von ca. 20 - 40 °C gehalten werden müssen. Ziel des Forschungsvorhabens ist es daher, das dynamische Wärmeübertragungsverhalten der Kühlplatte einer Fahrzeug-Batterie zu bestimmen. Dazu wird zum Einen eine geeignete Simulation erstellt und durchgeführt und zum Anderen ein Teststand aufgebaut und vermessen. Für die Abbildung des dynamischen Systems des Kühlkreislaufes eignet sich eine objektorientierte, akausale Modellierungssprache wie Modelica. Die Modellierung erfolgt auf Basis der Modelica-Bibliothek AirConditioning. Für die örtliche Auflösung der Temperatur innerhalb der Kühlkomponente wird das FEM-Programm COMSOL Multiphysics verwendet. Feld- und Systemsimulation werden über MATLAB gekoppelt. Zur Validierung der Modelle wird an dem Teststand das Wärmeübertragungsverhalten, d. h. der Verlauf von Temperatur, Druck, Verlustwärme und Massenstrom gemessen. Aus dem Vergleich von Simulation und Messung sollen neben der Validierung der Simulation auch Erkenntnisse darüber gewonnen werden, wie die Kühlplatte rein objektorientiert durch Modelica abgebildet werden kann, um die Einbindung eines rechenintensiven FEM-Programmes zu vermeiden.