Probabilistische Methode zur Generierung repräsentativer Umwelt- und Fahrprofile zur Bewertung des Thermomanagements im Fahrzeug

Das heutige Heiz- und Kühlsystem von batteriebetriebenen Fahrzeugen, bekannt auch als Thermomanagement, stellt eine komplexe Einheit aus Innenraum- und Hochvoltspeicherklimatisierung dar. Wesentliche Aspekte, wie z.B. der Kühlprozess im Sommer, der Heizprozess im Winter und die zusätzliche Kühlung der Batterie führen zur Reduzierung des Aktionsradius eines Elektrofahrzeuges. Dieser kann in vereinzelten Fällen bis zur Hälfte der verfügbaren Energiemenge betragen. Der dafür benötigte Strom kommt direkt aus der Batterie und beeinflusst dadurch die Reichweite des elektrisch betriebenen Fahrzeuges. Aus diesem Grund arbeiten viele Fahrzeughersteller, Zulieferer und Forschungseinrichtungen an neuen und optimierten Lösungen. Um diese Lösungen im Entwicklungsprozess unterstützen zu können, werden in dieser Arbeit Methoden zur Generierung von Fahr- und Umweltprofilen zur Bewertung von Thermomanagementsystemen erarbeitet. Der Schwerpunkt dieser Arbeit konzentriert sich auf die Erzeugung von Fahrprofilen auf Basis von Markovketten erster Ordnung mit ein- und zweidimensionalem Markovzustand. Übergangswahrscheinlichkeitsmatrizen spielen hierbei eine wichtige Rolle. Daher erfolgt eine detaillierte Beschreibung der Bildung solcher Matrizen. Ein wichtiger Bestandteil stellt die Aufbereitung von vorhandenen und fehlerhaften Datensätzen dar. Weiter werden verschiedene Verfahren zur Generierung von Geschwindigkeitsprofilen mit gewünschten Zieldurchschnittsgeschwindigkeiten vorgestellt. Diesem Aspekt wird eine besondere Aufmerksamkeit gewidmet. Darauf aufbauend werden zwei Verfahren zur Veränderung von gegebenen Geschwindigkeitsverteilungen vorgestellt, basierend auf der Manipulation der Übergangswahrscheinlichkeitsmatrix mit eindimensionalem Markovzustand, um Geschwindigkeitsprofile neuer repräsentativer Fahrverteilungen erzeugen zu können. Die Berücksichtigung von Umweltbedingungen im Gesamtsystem ist ein wesentlicher Aspekt, der gerne vernachlässigt wird. Ein weiteres zusätzliches Instrument ist daher die parallele Erzeugung von Umweltprofilen auf Basis von Markovketten erster Ordnung mit dreidimensionalem Markovzustand. Dafür werden die Parameter Lufttemperatur, relative Luftfeuchtigkeit und Globalstrahlung herangezogen. Umwelt- und Fahrprofile ergeben folglich eine Einheit. Ein wichtiger Anwendungsfall ist daher die Entwicklung von komplexen Thermomanagementsystemen, insbesondere das Zusammenspiel der Thermomanagementkomponenten in modernen Hybridund Elektrofahrzeugen und die Bewertung von verschiedenen Betriebsstrategien. Darüber hinaus können die vorgestellten Verfahren auch in weiteren Anwendungsbereichen außerhalb der Thermomanagementsphäre eingesetzt werden, wie z.B. in der Motoren- und Getriebeentwicklung.