Das Thermomanagement in Brennstoffzellenfahrzeugen (FCEV) stellt eine komplexe Herausforderung dar. Insbesondere, wenn im Zuge thermischer Optimierungen, wie sie bereits im Bereich batterieelektrischer Fahrzeuge etabliert sind, komplexe Verschaltungen der beteiligten Fahrzeugsysteme vorgenommen werden. Im Rahmen des Forschungsprojektes HZwo:InTherm wurden an der TU Chemnitz verschiedene Ansätze zur Simulation von Thermomanagementstrukturen in Brennstoffzellenfahrzeugen (FCEV) sowohl in Matlab/Simulink als auch in KULI untersucht. Augenmerk lag hierbei auf einem stabilen Zusammenspiel der Teilsysteme Brennstoffzelle, Hybridbatterie, Tanksystem, Wärmepumpe, Fahrgastzelle sowie Traktionsmaschine und Leistungselektronik. Als besondere Herausforderung zeigte sich hierbei die Simulation geschlossener Kühlkreisläufe mit inkompressiblem Kühlmedium sowie die Umsetzung eines möglichst generalisierten Modellaufbaus für die implementierten Teilmodelle. Im Rahmen dieses Beitrags sollen sowohl die Modellierungsansätze als auch die erzielten Ergebnisse vorgestellt und diskutiert werden. / Thermal management in fuel cell electric vehicles (FCEV) poses a complex challenge. Especially for thermal optimisations with complex interconnections, as it is already state of the art in battery electric vehicles. Within the research project HZwo:InTherm different approaches for the simulation of thermal management systems of FCEV have been under investigation, in both Matlab/Simulink as well as in KULI. Focus was the stable interaction of the subsystems fuel cell, hybrid battery, tank system, heat pump, passenger cabin as well as traction motors and inverters. A particular challenge is the simulation of a closed coolant loop with incompressible coolant liquid and its model realization with generalized model structures for the different parts of the model. This article presents both the modelling approach as well as the simulation results.

Die Schaffung, Wahrung und Nutzung von Wissen stellt heute eine wichtige Säule für die Konkurrenzfähigkeit von Unternehmen am Markt dar. Vor diesem Hintergrund steht insbesondere die moderne Funktionsentwicklung der Automobilindustrie vor der Herausforderung immer neue, hochgradig vernetzte Fahrzeugfunktionen zu entwickeln und in immer kürzerer Zeit und immer geringeren Kosten in den Markt zu bringen. Um dieser Herausforderung gerecht zu werden, hat sich die modellbasierte Entwicklung mit dem Ziel der Beherrschung dieser steigenden Komplexität etabliert. Dadurch ist es möglich die Entwicklungsaufgaben auf unterschiedlichen Ebenen zu abstrahieren und eine verteilte, vernetzte Entwicklung zu realisieren. Die Entwicklung einer einzigen Funktion benötigt heute häufig mehrere hundert Personen, die in einen gemeinsamen Entwicklungsprozess integriert werden müssen. Hier fehlt es an Konzepten um den Informations- und Wissensfluss zwischen den Prozessbeteiligten sicherzustellen. In diesem Kontext entwickelt die vorliegende Arbeit einen Ansatz zur prozessintegrierten Dokumentation der in modellbasierten Entwicklungsprozessen benötigten Entwicklungsartefakte. Der Ansatz betrachtet dabei den vollständigen Informationsfluss, von der Definition benötigter Informationen, über deren automatisierte Erfassung und Verarbeitung bis zur zielgerichteten Wiederverwendung. Anschließend skizziert die Arbeit die Architektur eines Informationssystems, dass diese Durchgängigkeit in beliebigen, modellbasierten Entwicklungsprozessen ermöglicht und überträgt diese zur Validierung des Ansatzes auf einen konkreten Entwicklungsprozess der automobilen Funktionsentwicklung. Der Fokus des Ansatzes liegt dabei insbesondere auf der Integration in bestehende Entwicklungsprozesse, ohne in diese verändernd einzugreifen. Dies wird einerseits durch eine modellbasierte Beschreibung des Informationsmodells, mit Methoden wie sie im Funktionsentwicklungsprozess Anwendung finden, erreicht. Prozessbeteiligte können dadurch das Informationsmodell selbst verstehen und bei Bedarf Anpassungen vornehmen, ohne auf geschulte Experten angewiesen zu sein. Andererseits erlaubt der architektonische Ansatz einen direkten Zugriff auf bestehende Entwicklungssysteme und darin enthaltenen dokumentationsrelevanten Informationen. / Today, the creation, preservation and exploitation of knowledge represent key factors of the competitiveness of companies in the global market. In this context, the modern function development in the automotive industry faces challenges to bring new, highly interconnected vehicle functions at shorter time and lower cost to the market. To meet these challenges and manage the growing compelity, a model-based development process has been established. Thus, it is possible to distribute development tasks to different levels of abstraction and enable a distributed, interconnected function development.This development involves up to several hundred persons per function, who have to be integrated in a common development process. Especially when it comes to managing the information and knowledge flow between the process participants, there is a lack of concepts to support this communication. Based on this context, this work presents an approach for process integrated documentation of the necessary development artifacts in model-based development processes. This approach considers the complete information flow, from the definition of necessary information, over automatic acquisition and processing to its targeted reuse during the process. Subsequently, this work sketches the architecture of an information system, which enables this continuous approach to be applied to any model-based development process. For validation purposes, the approach is then applied to an actual development process of the automotive function development. The focus of the presented approach lies in the integration in existing development processes without changing them. On the one hand, this is achieved by applying a model-based description of the information model using methods, that can be found in the function development process today. Thus, process participants can understand the information model themselves and apply changes when they are required without the necessity of qualified experts. On the other hand, the architectural approach allows a direct access to existing development systems and documentation relevant information they contain.

Wasserwirtschaftliche Speichersysteme sind unverzichtbar, um weltweit die Trinkwasserversorgung, Nahrungsmittelproduktion und Energieversorgung sicherzustellen. Die multikriterielle simulationsbasierte Optimierung (MK-SBO) ist eine leistungsfähige Methodik, um für Mehrzweck-Talsperrenverbundsysteme (MZ-TVS) eine Pareto-optimale Menge an Kompromisslösungen zwischen konträren Zielen bereitzustellen. Der rechentechnische Aufwand steigt jedoch linear mit der Länge des Simulationszeitraums der Talsperrenbewirtschaftung an. Folglich begrenzen sich MK-SBO-Studien bisher auf Simulationszeiträume von wenigen Jahrzehnten. Diese Zeiträume sind i.d.R. unzureichend, um Unsicherheiten, die aus der stochastischen Natur der Zuflüsse resultieren, adäquat zu beschreiben. Bewirtschaftungsoptimierungen von MZ-TVS hinsichtlich ihrer Zuverlässigkeit, z.B. durch die Maximierung von Versorgungssicherheiten, können sich als wenig belastbar und ermittelte Steuerungsstrategien als wenig robust erweisen. Um diesen Herausforderungen zu begegnen, wird ein neues modulares Framework zur multikriteriellen simulationsbasierten Bewirtschaftungsoptimierung von MZ-TVS (Frams-BoT) entwickelt. Eine Informationserweiterung zu stochastischen Zuflussprozessen erfolgt über ein weiterentwickeltes Zeitreihenmodell mittels generierter Zeitreihen von mehreren Tausend Jahren Länge. Eine neue Methode zur Monte-Carlo-Rekombination von Zeitreihen ermöglicht dann die Nutzung dieser Informationen in der MK-SBO in wesentlich kürzeren Simulationszeiträumen. Weitere Rechenzeit wird durch Parallelisierung und eine fortgeschrittene Kodierung von Entscheidungsvariablen eingespart. Die Simulation von Zuflussdargeboten für multikriterielle Klimafolgenanalysen erfolgt durch ein prozessorientiertes Wasserhaushaltsmodell. Level-Diagramme (Blasco et al., 2008) unterstützten den komplexen Prozess der Entscheidungsfindung. Die Wirksamkeit und Flexibilität des Frameworks wurden in zwei Fallstudien gezeigt. In einer ersten Fallstudie konnten in einer Klimafolgenanalyse Versorgungssicherheiten von über 99% als ein Ziel eines multikriteriellen Optimierungsproblems maximiert werden, um die Verlässlichkeit der Bewirtschaftung eines MZ-TVS in Sachsen (Deutschland) zu steigern. Eine zweite Fallstudie befasste sich mit der Maximierung der Leistungsfähigkeit eines MZ-TVS in Äthiopien unter verschiedenen Problemformulierungen. In beiden Fallstudien erwiesen sich die erzielten Pareto-Fronten und Steuerungsstrategien gegenüber 10 000-jährigen Zeiträumen als robust. Die benötigten Rechenzeiten der MK-SBO ließen sich durch das Framework massiv senken. / Water resources systems are worldwide essential for a secure supply of potable water, food and energy production. Simulation-based multi-objective optimization (SB-MOO) is a powerful method to provide a set of Pareto-optimal compromise solutions between various contrary goals of multi-purpose multi-reservoir systems (MP-MRS). However, the computational costs increases with the length of the time period in which the reservoir management is simulated. Consequently, MK-SBO studies are currently restricted to simulation periods of several decades. These time periods are normally insufficient to describe the stochastic nature of the inflows and the consequent hydrological uncertainties. Therefore, an optimization of the reliability of management of MP-MRS, e.g. through the maximization of the security of supply, may not be resilient. Obtained management strategies may not prove robust. To address these challenges, a new modular framework for simulation-based multiobjective optimization of the reservoir management of multi-purpose multi-reservoir systems (Frams-BoT) is developed. A refined time series model provides time series of several thousand years to extend the available information about the stochastic inflow processes. Then, a new Monte-Carlo recombination method allows for the exploitation of the extended information in the SB-MOO on significantly shorter time periods. Further computational time is saved by parallelization and an advanced coding of decision variables. A processoriented water balance model is used to simulate inflows for multi-objective climate impact analysis. Level-Diagrams [Blasco et al., 2008] are used to support the complex process of decision-making. The effectiveness and flexibility of the framework is presented in two case studies. In the first case study about a MP-MRS in Germany, high securities of supply over 99% where maximized as part of a multi-objective optimization problem in order to improve the reliability of the reservoir management. A second case study addressed the maximization of the performance of a MP-MRS in Ethiopia under different formulations of the optimization problem. In both case studies, the obtained Pareto-Fronts and management strategies proved robust compared to 10 000 year time periods. The required computational times of the SB-MOO could be reduced considerably.