Analyse, Modellierung und Simulation des thermischen Verhaltens eines batterieelektrischen Antriebssystems für ein neuartiges eVTOL Vehikel

Kurzfassung

Mit der Urbanisierung setzt sich die weltweite Tendenz fort, dass immer mehr Menschen in Großstädten und ihren Ballungsgebieten leben. Bis zum Jahr 2050 wird der Anteil der in Städten lebenden Weltbevölkerung auf 66 % steigen. Die Urban Air Mobility (UAM) sieht die Erweiterung der städtischen Mobilität in die dritte Dimension, die Luft, vor. Aufgrund der Möglichkeit einer sicheren, zeiteffizienten und komfortablen Personenbeförderung sind Flugtaxis dabei eine vielversprechende Zukunftslösung. Im Rahmen des HorizonUAM-Projekts am Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. (DLR) werden am Institut für Flugsystemtechnik in der Abteilung für sichere Systeme und Systems Engineering verschiedene Antriebsarchitekturen für electric Vertical Take-Off and Landing (eVTOL) Vehikel untersucht. Bei der Entwicklung elektrischer Antriebssysteme spielt die thermische Belastung der Komponenten unter der Berücksichtigung von Betriebs- und Umgebungsbedingungen eine wichtige Rolle, um die Funktionalität und Zuverlässigkeit des Systems zu gewährleisten. Der Fokus liegt dabei auf der geeigneten Abfuhr der Verlustwärme durch ein Kühlsystem. Im Rahmen dieser Arbeit wurden die Anforderungen an ein Kühlsystem herausgearbeitet, mögliche Kühlkonzepte untersucht und entsprechend der Anforderungen ausgelegt. In der anschließenden Simulation des Kühlsystems konnte die Wirksamkeit im Normalbetrieb nachgewiesen werden. Auch das Eintreten von Fehlerszenarien im Flugverlauf wurde simuliert. Dabei konnte das Erreichen von kritischen Bauteiltemperaturen aufgezeigt werden.