Diskussionen über Simulation und ihre Potenziale werden derzeit oft im Zusammenhang mit dem sogenannten digitalen Zwilling geführt. Auch wenn ihr in Bezug auf diese Thematik sicherlich eine Schlüsselrolle zukommt, bietet Simulation weitere große Potenziale wie beispielsweise in der Auslegung und Optimierung von Hochvolt-Leitungssätzen. Uns bei LEONI ist hierbei der Systemgedanke wichtig, um die Interaktion des kompletten HV-Bordnetzes zu betrachten. In diesem Beitrag möchte wir aufzeigen, an welcher Stelle die elektro-thermische Simulationsmethode in Form von thermischen Netzwerken ansetzt und wie LEONI das bereits vorhandene Know-how anwendet, um seine Kunden bereits ab der Vorentwicklung mit den Vorteilen dieser Methode zu unterstützen.
Grenzen klassischer Auslegung
Im einfachsten Fall erfolgt die Auswahl von Steckern und Leitungsquerschnitt mittels Derating-Kurven und anhand von Strom-Zeit Diagrammen (Time current characteristics plots / TCC-Plots). Während Erstere eine treffliche Aussage für die dauerhafte Stromtragfähigkeit ermöglichen, kann mittels der TCC-Plots eine Aussage über die Strombelastbarkeit aufgrund eines einmaligen Strompulses erfolgen. Diese etablierten Diagramme ermöglichen eine schnelle (erste) Abschätzung der Stromtragfähigkeit für Dauerströme und einmalige Pulse.
Im Fahrzeug setzt sich die Strombelastung jedoch aus einem Mix eben solcher zusammen. Die hieraus resultierenden Temperaturen lassen sich jedoch nicht mehr trefflich aus den genannten Diagrammen ableiten und zeigen damit den gängigen Dimensionierungsmethoden klare Grenzen auf.
Weiterhin werden Hochvolt-Bordnetz-Systeme größtenteils geschirmt ausgeführt. Entsprechend ist damit zu rechnen, dass Schirmströme im HV-Bordnetz auftreten. Diese zusätzlichen ohmschen Verluste, bedingt durch induzierte oder vagabundierende Ströme, beeinflussen die Stromtragfähigkeit.
Um die oben genannten Effekte und die thermische Interaktion von Kabeln, Steckverbindern und Komponenten berücksichtigen zu können, sind die klassischen Diagramme schlichtweg nicht ausreichend. An dieser Stelle setzt der Lösungsansatz der thermischen Netzwerke an.
Lieber Michael,
ein anschaulicher Artikel mit Einblick in ein wirklich komplexes Technologie- bzw. Themenfeld. Ist lange her, aber ich war und bin immer noch fasziniert von Simulationsthemen. Zu seiner Zeit hatte man doch deutlich mehr Schwierigkeiten, sein gegenüber davon zu überzeugen, dass auch Annäherungen und virtuelle Reproduktionen von Prozessen und Zuständen (statisch, quasi-statisch, dynamisch – 2D… später 3D) einen Benefit bringen und wertvoll sind bei der Untersuchung von Verhalten und bei der Entwicklung von Prozessen oder Produkten. Die Frage der Genauigkeit und Wertigkeit von Ergebnissen ist mehr und mehr in den Hintergrund gerückt.
Gratuliere, ein guter Blogbeitrag!
VG
Karl-Friedrich Diele, 05.01.2021