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Konzeptionierung eines ganzheitlichen Thermomanagementsystems für ein Plug-in Hybrid Electric Vehicle (PHEV)

Conin, Michael (2024)
Konzeptionierung eines ganzheitlichen Thermomanagementsystems für ein Plug-in Hybrid Electric Vehicle (PHEV).
Institut für Verbrennungskraftmaschinen und Fahrzeugantriebe (vkm), Technische Universität Darmstadt
Dissertation, Bibliographie

Kurzbeschreibung (Abstract)

Der Wirkungsgrad von Verbrennungsmotoren, Abgasnachbehandlungssystemen und elektrischen Antriebssystemen weist eine hohe Sensitivität gegenüber der jeweiligen Systemtemperatur auf. Eine optimale thermische Konditionierung dieser Systeme ermöglicht einen effizienten und emissionsarmen. Diese Dissertation trägt zur Integration des Antriebssystems und des Thermalkreislaufsystems zu einem Energiemanagementsystem eines Diesel-Hybridfahrzeugs bei. Für die Integration bedarf es eines Thermomanagementsystems, das eine bestmögliche thermische Konditionierung der Antriebskomponenten und des Abgasnachbehandlungssystems adressiert. Die Zielsetzung dieser Arbeit ist daher die Konzeptionierung eines ganzheitlichen Thermomanagementsystems, das sich aus einem hochintegrierten Thermalkreislaufsystem und einem innovativen Dieselabgasnachbehandlungssystem zusammensetzt. Das hochintegrierte Thermalkreislaufsystem ermöglicht durch eine direkte Verbindung der Teilthermalkreisläufe des Verbrennungsmotors, der E-Maschinen und der Leistungselektronik sowie der Batterie einen situationsbasierten Transfer von Wärmeströmen zwischen den Antriebssystemen zur thermischen Konditionierung. Im Rahmen des Thermomanagementsystems des PHEV wird zusätzlich ein Abgasnachbehandlungssystem gestaltet, das unmittelbar nach einem Motorstart sehr hohe Schadstoffkonvertierungen erreicht. Die speziell beim Dieselmotor herausfordernde Stickoxidminderung wird durch die Positionierung eines SCR-Systems vor dem Abgasturbolader adressiert. Das erhöhte Temperaturniveau vor dem Turbolader führt zu einem schnelleren Erwärmen des Systems im Vergleich zu einem konventionellen Abgasnachbehandlungssystem. Damit adressiert das System den Zielkonflikt von CO2 und Zero-Impact-Emission.

Typ des Eintrags: Dissertation
Erschienen: 2024
Autor(en): Conin, Michael
Art des Eintrags: Bibliographie
Titel: Konzeptionierung eines ganzheitlichen Thermomanagementsystems für ein Plug-in Hybrid Electric Vehicle (PHEV)
Sprache: Deutsch
Referenten: Beidl, Prof. Dr. Christian ; Kulzer, Prof. Dr. André Casal
Publikationsjahr: 2024
Ort: Düren
Verlag: Shaker Verlag
Reihe: Schriftenreihe des Instituts für Verbrennungskraftmaschinen und Fahrzeugantriebe
Band einer Reihe: 30
Datum der mündlichen Prüfung: 2024
Kurzbeschreibung (Abstract):

Der Wirkungsgrad von Verbrennungsmotoren, Abgasnachbehandlungssystemen und elektrischen Antriebssystemen weist eine hohe Sensitivität gegenüber der jeweiligen Systemtemperatur auf. Eine optimale thermische Konditionierung dieser Systeme ermöglicht einen effizienten und emissionsarmen. Diese Dissertation trägt zur Integration des Antriebssystems und des Thermalkreislaufsystems zu einem Energiemanagementsystem eines Diesel-Hybridfahrzeugs bei. Für die Integration bedarf es eines Thermomanagementsystems, das eine bestmögliche thermische Konditionierung der Antriebskomponenten und des Abgasnachbehandlungssystems adressiert. Die Zielsetzung dieser Arbeit ist daher die Konzeptionierung eines ganzheitlichen Thermomanagementsystems, das sich aus einem hochintegrierten Thermalkreislaufsystem und einem innovativen Dieselabgasnachbehandlungssystem zusammensetzt. Das hochintegrierte Thermalkreislaufsystem ermöglicht durch eine direkte Verbindung der Teilthermalkreisläufe des Verbrennungsmotors, der E-Maschinen und der Leistungselektronik sowie der Batterie einen situationsbasierten Transfer von Wärmeströmen zwischen den Antriebssystemen zur thermischen Konditionierung. Im Rahmen des Thermomanagementsystems des PHEV wird zusätzlich ein Abgasnachbehandlungssystem gestaltet, das unmittelbar nach einem Motorstart sehr hohe Schadstoffkonvertierungen erreicht. Die speziell beim Dieselmotor herausfordernde Stickoxidminderung wird durch die Positionierung eines SCR-Systems vor dem Abgasturbolader adressiert. Das erhöhte Temperaturniveau vor dem Turbolader führt zu einem schnelleren Erwärmen des Systems im Vergleich zu einem konventionellen Abgasnachbehandlungssystem. Damit adressiert das System den Zielkonflikt von CO2 und Zero-Impact-Emission.

Alternatives oder übersetztes Abstract:
Alternatives AbstractSprache

The efficiency of internal combustion engines, exhaust aftertreatment systems, and electric propulsion systems exhibits high sensitivity to their respective operating temperatures. Therefore, optimal thermal conditioning of these systems enables efficient and low-emission operation, meeting the demand for sustainable individual mobility. This dissertation contributes to the integration of the propulsion system and the thermal management system into an energy management system of a diesel-hybrid vehicle. Integration requires a thermal management system that addresses the best possible thermal conditioning of the drive components and the exhaust gas aftertreatment system. The objective of this work is the conceptualization of a holistic thermal management system, consisting of a highly integrated thermal circuit system and an innovative diesel exhaust aftertreatment system. The highly integrated thermal circuit system allows for a situation-based transfer of heat flows between the propulsion systems for thermal conditioning by directly connecting the individual thermal circuits of the internal combustion engine, the electric motors and power distribution unit, and the battery. Simulations demonstrate the potential of coupling the thermal circuits and can be confirmed through cosimulation experiments on the system test bench "ThermoLab EVO 2". Particularly in critical operating conditions, the highly integrated thermal circuit concept offers advantages in terms of vehicle efficiency and ensuring compliance with thermal system limits. Within the framework of the thermal management system, it is also necessary to design the exhaust gas aftertreatment system to achieve high emission conversions immediately after an engine start to meet future global emission requirements. The challenging reduction of nitrogen oxides, especially in diesel engines, is addressed by positioning an SCR-system upstream of the turbocharger. The higher temperature level upstream of the turbocharger leads to faster light-off of the system compared to a conventional exhaust aftertreatment system after the turbocharger. The Pre-Turbo-SCRsystem features a bypass that allows for bypassing the Pre-Turbo-SCR in special operating modes and when the underfloor system is warm for operation. Measurements of the comprehensive Pre- and Post-Turbo-systems in dynamic test bench tests shows that with an adapted AdBlue® operating strategy, conversion rates of over 90 % are possible in cold start tests without performing CO2-intensive heating measures. Thus, the system addresses the trade-off between CO2 and zero-impact emissions.

Englisch
Fachbereich(e)/-gebiet(e): 16 Fachbereich Maschinenbau
16 Fachbereich Maschinenbau > Institut für Verbrennungskraftmaschinen und Fahrzeugantriebe (VKM)
Hinterlegungsdatum: 19 Jun 2024 08:24
Letzte Änderung: 19 Jun 2024 08:24
PPN:
Referenten: Beidl, Prof. Dr. Christian ; Kulzer, Prof. Dr. André Casal
Datum der mündlichen Prüfung / Verteidigung / mdl. Prüfung: 2024
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