Das auf Kältemitteldirektkühlung basierende Batteriethermomanagementsystem weist multiple Störungen, starke Kopplungen und nichtlineare Eigenschaften auf. Die traditionelle PID-Regelung führt im Prozess der Batterietemperaturregelung zu Überschwingern und hat Schwierigkeiten, Energieeinsparziele zu berücksichtigen. Ein dynamisches Niedrigordnungsmodell des Direktkühlsystems wurde auf Basis der ersten Prinzipien erstellt und das linearisiert Modell mit experimentellen Daten validiert. Auf Grundlage dieses Modells wurde eine zeitvariante lineare modellprädiktive Regelungsstrategie (MPC) entwickelt und unter zwei Bedingungen – Batteriekühlung und WLTC-Fahrzyklus – mit der PID-Regelung verglichen. Die Ergebnisse zeigen: Bei konstanter Batteriewärmeerzeugung beträgt die Stabilitätszeit zur Absenkung der Batterietemperatur von 50 ℃ auf 30 ℃ 262 s bei MPC und 965 s bei PID, wobei MPC 2,47 % Energie einspart. Im WLTC-Betrieb weist die PID-Regelung größere Temperaturfluktuationen mit einer maximalen Abweichung von 2,9 ℃ auf, während MPC schnell auf Wärmebelastungsänderungen reagiert und die Temperatur stabil bei 30 ℃ hält. Die Standardabweichungen der Temperatur betragen für beide Regelstrategien 1,21 ℃ bzw. 0,044 ℃. Die MPC-Strategie übertrifft PID in Bezug auf Temperaturregelgeschwindigkeit, Energieeffizienz und Robustheit.

Batteriethermomanagement; Direktkühlsystem; Kühleregelungsmodellierung; modellprädiktive Regelung