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P. Mohl:
"Heizstrategieentwicklung für ein Hybridfahrzeug mittles Simulation";
Supervisor: P. Hofmann, B. Beyfuss; Institut für Fahrzeugantriebe und Automobiltechnik (IFA), 2018; final examination: 2018-11-14.

In conventional vehicles, the waste heat from the combustion engine is used to heat the passenger cabin. Heating the interior is a key challenge for hybrid vehicles. Since not enough waste heat is produced during electric drive, the heat must be produced otherwise. For this reason, electric auxiliary heaters are used in hybrid vehicles to assist in heating the interior.

In this diploma thesis a simulation model of a coolant circuit with transition to the vehicle cabin is created for a hybrid vehicle. The required data is determined by measuring directly from the vehicle or from data sheets. Vehicle measurements are carried out on the roller dynamometer to adjust the thermal behaviour of the coolant circuit and the cabin. The waste heat from the combustion engine is determined from a map using the engine speed and the engine torque. The simulation model is then coupled with a longitudinal dynamics model, which calculates the speed and torque from a given driving profile and transmits it to the cooling circuit model.

A basic heating strategy is created from knowledge gained from measurements on the roller dynamometer. By adjusting the regulation of the auxiliary heater, heating strategies are designed and evaluated with the help of the basic heating strategy. In addition to the heat-up behaviour, the power consumption of the heater and the fuel consumption play a decisive role. A heating strategy has been developed that heats the cabin to a comfortable air temperature of 20°C faster than it is possible with the basic heating strategy. At the same time, the power consumption of the heater can be reduced with the developed heating strategy. A further study compares the heating of the cabin when the combustion engine is switched on/off in the standing phases. The switched-on combustion engine does not lead to a faster heating of the cabin due to low engine power in standstill phases.
Due to the langer running time of the combustion engine, this leads to an increased fuel consumption. By changing the valve switching,a further investigation was able to show which flow directions of the coolant lead to the fastest possible heating of the cabin interior.

In herkömmlichen Kraftfahrzeugen wird die Abwärme des Verbrennungsmotors zur Erwärmung des Innenraums verwendet. Die Erwärmung des Innenraums stellt in Hybridfahrzeugen eine besondere Herausforderung dar. Da bei E-Fahrt nicht genug Abwärme produziert wird, muss die Wärme anderweitig erzeugt werden. Aus diesem Grund kommen in Hybridfahrzeugen elektrische Zuheizer zur Anwendung, die bei der Erwärmung des Innenraums helfen.

In dieser Diplomarbeit wird ein Simulationsmodell eines Kühlmittelkreislaufs mit Kopplung zur Fahrzeugkabine für ein Hybridfahrzeug erstellt. Die benötigten Daten werden einerseits durch Vermessung direkt am Fahrzeug oder aus Datenblättern ermittelt. Zur Abstimmung des thermischen Verhaltens des Kühlmittelkreislaufs und der Kabine werden Fahrzeugmessungen auf dem Rollenprüfstand durchgeführt. Die Abwärme des Verbrennungsmotors wird über die Motordrehzahl und das Motordrehmoment aus einem Kennfeld ermittelt. Das Simulationsmodell wird anschließend mit einem Längsdynamikmodell gekoppelt. Das Längsdynamikmodell berechnet aus einem vorgegebenen Fahrprofil die Drehzahl und das Drehmoment und übergibt diese beiden Parameter an das Kühlkreislaufmodell.

Aus Erkenntnissen, die durch Messungen am Rollenprüfstand gewonnen wurden, wird eine Basis Heizstrategie nachgebildet. Durch Anpassung der Regelung des Zuheizers werden Heizstrategien entworfen und anhand der Basis Heizstrategie bewertet. Neben dem Aufheizverhalten, spielen dabei der Stromverbrauch des PTCs, sowie der Kraftstoffverbrauch eine entscheidende Rolle. Es konnte eine Heizstrategie entwickelt werden, die den Kabinenraum schneller auf eine für den Fahrer angenehme Lufttemperatur von 20°C erwärmt, als es mit der Basis Heizstrategie möglich ist. Zugleich kann mit der entwickelten Heizstrategie der PTC - Stromverbrauch reduziert werden.
Eine weitere Untersuchung vergleicht die Aufheizung des Kabinenraums bei ein/ ausgeschaltetem Verbrennungsmotor in den Standphasen eines Fahrzyklus. Der eingeschaltete Verbrennungsmotor führt, aufgrund geringer Leistung in den Standphasen, zu keiner schnelleren Erwärmung des Innenraums. Aufgrund der längeren Laufzeit des Verbrennungsmotors kommt es dadurch zu einem erhöhten Kraftstoffverbrauch. Bei einer anderen Untersuchung konnte durch Veränderung der Ventilschaltung gezeigt werden, welche Flussrichtungen des Kühlmittels im Kühlkreislauf zur schnellstmöglichen Erwärmung des Kabinenraums führt.