Hardware-in-the-Loop Simulation für thermische Systeme

Zur Unterstützung des technischen Vertriebs bei NEUMAN & ESSER haben wir eine maßgeschneiderte webbasierte Anwendung zur dynamischen Simulation von Wasserstofftankstellen entwickelt.

Kundenanforderungen wie Typ und Anzahl der betankten Fahrzeuge können gewählt werden. Die Tankstelle kann detailliert konfiguriert werden und in einer Simulation wird das dynamische Verhalten des Gesamtsystems für einen typischen Zeitraum berechnet.

Mit diesem Tool können Vertriebsmitarbeiter ohne zeitraubende Umwege über Ingenieure das Produkt "Tankstelle" entsprechend den Kundenanforderungen konfigurieren. Interessenten bekommen ein direktes und detailliertes Feedback.

Emerson entwickelt Komponenten und Systeme für die Supermarktkälte. Aufgrund seiner Umweltvorteile gewinnt CO2 als Kältemittel in diesem Bereich immer mehr an Bedeutung. Aber im Vergleich zu traditionellen Kältemitteln sind die thermodynamischen Eigenschaften von CO2 völlig anders (hohe Drücke und niedrige kritische Temperatur). Das Design von effizienten CO2-Zyklen ist eine Herausforderung und es gibt viele verschiedene vorgeschlagene Zykluskonzepte. Gemeinsam mit Emerson-Experten haben wir Simulationsmodelle für eine Reihe verschiedener Konzepte entwickelt und eine Simulationsstudie durchgeführt, um die saisonale Effizienz dieser Zyklen zu vergleichen.

Vaillant hat in der Entwicklung von Wärmepumpenreglern eine umfassende Teststrategie etabliert. Bevor die Regler im Labor an reale Wärmepumpen angeschlossen werden, werden sie an virtuelle Wärmepumpen angeschlossen, die auf einer speziellen Echtzeit-Simulationshardware und -software von dSPACE laufen. Entscheidend für diese sogenannten Hardware-in-the-Loop (HiL)-Tests sind Simulationsmodelle der Wärmepumpen. Wir haben diese Modelle für Vaillant mit unserer Modelica-Bibliothek TIL Suite entwickelt und eine zuverlässige Werkzeugkette aufgebaut, um diese Modelle auf die dSPACE-Plattform zu exportieren. Die Modelle beinhalten ein vollständiges dynamisches physikalisches Modell des Kältekreislaufs. Es kann die Umschaltung der Kältemittelflussrichtung, die durch unterschiedliche Modi für Abtauung, Heizung und Kühlung verursacht wird, verarbeiten. Vaillant erkennt nun Probleme im Regelungscode viel früher und spart mit diesen virtuellen Tests eine beträchtliche Menge an teuren Laborversuchen.

Gemeinsam mit Volkswagen haben wir Simulationsmodelle für Batterie-Thermomanagementsysteme entwickelt. Die Geometrie der Kühlplatten und ihre Strömungsmuster werden durch Diskretisierung mit finiten Volumina berücksichtigt. Im Vergleich zu detaillierten CFD-Simulationen ist die räumliche Auflösung deutlich geringer, aber immer noch hoch genug, um zuverlässige Ergebnisse zu erzielen. Dieser Ansatz reduziert die Berechnungszeit drastisch und ermöglicht die Verwendung von numerischen Optimierungsalgorithmen oder groß angelegte Simulationsstudien. Kühlsysteme können mit weniger Druckverlust und erhöhter Energieeffizienz ausgelegt werden.