Das Kühlsystem eines Fahrzeugs hat die Aufgabe, den Betrieb aller Fahrzeugkomponenten sicherzustellen. Dabei muss es richtig dimensioniert sein, um den erforderlichen Energieverbrauch für die Kühlung zu minimieren. Zur Kühlsystemauslegung werden am FKFS Systemsimulationswerkzeuge eingesetzt, in denen das Kühlsystem mit seinen zahlreichen Komponenten als Netzwerk abgebildet wird. Die Ergebnisse ermöglichen dann spezifische Aussagen über das Systemverhalten. Dabei kann die Fahrstrecke durch Abbildung von genormten oder kundenspezifischen Fahrzyklen unter Einbeziehung der jeweiligen Umgebungsbedingungen berücksichtigt werden.

Begleitende Messungen werden am FKFS im institutseigenen Thermowindkanal durchgeführt. Einzelkomponenten und Gesamtsysteme können dort sowohl bei konstanten Betriebspunkten als auch in Fahrzyklen untersucht und optimiert werden. Die eingesetzten Messtechniken umfassen Temperatur-, Druck- und Volumenstrommessungen aller Betriebsmedien.

Der Innenraumkomfort lässt sich beispielsweise durch die Wohlfühltemperatur im Fahrgastraum bewerten. Die Temperierung erfolgt in der Regel durch Einblasen von temperierter Luft in den Fahrgastinnenraum. Zur genauen Bestimmung der einzelnen Volumenströme der Ausströmdüsen wurde am FKFS ein Messsystem entwickelt. Mit dessen Hilfe kann durch Optimierung von Luftvolumenstrom und Temperatur ein Beitrag zur Optimierung des Innenraumkomforts bei gleichzeitiger Senkung des Energieverbrauchs geleistet werden. Ein weiterer Anwendungszweck dieses Messsystems ist die Untersuchung von belüfteten Komfortsitzen.

Der Innenraumkomfort wird am FKFS sowohl experimentell, zum Beispiel durch Messung des Aufheizverhaltens der Passagierkabine, als auch mit Hilfe der numerischen Simulation untersucht. Hierfür werden 3D-Strömungssimulationen, die mit einem thermischen Solver gekoppelt sind, eingesetzt.

Eine Teilaufgabe des Thermomanagements ist das Sicherstellen der Komponentenkühlung unter allen Bedingungen. Bei Fahrzeugen mit alternativen Antrieben steigt die Anzahl der zu temperierenden Komponenten um ein Vielfaches an. So weisen z.B. Batterie, Leistungselektronik und elektrischer Antrieb ein jeweils anderes zulässiges Temperaturfenster auf. In Abhängigkeit vom Anwendungsspektrum bieten sich unterschiedliche Medien zur Komponentenkühlung, wie. z.B. Luft- oder Kühlmittelgekühlt, an.

Die Untersuchung und Optimierung der Komponentenkühlung erfolgt am FKFS in Simulation und Experiment. Dazu kommen teilweise eigenentwickelte Prüfstande zur Anwendung.

Das Potential einer Verbrauchsreduktion durch Elektrifizierung des Antriebsstrangs ist für schwere Nutzfahrzeuge im Fernverkehr begrenzt. Schritte zur Wirkungsgradsteigerung müssen im Umfeld des Verbrennungsmotors greifen, insbesondere verspricht hier die Abgas-Restwärmenutzung („waste heat recovery“ = WHR) Potential.

Die Abgas-Restwärmenutzung kann über einen Rankine-Prozess oder thermisch-elektrische-Generatoren erfolgen. Beide Konzepte können zu einer erheblichen Belastung des Kühlkreislaufs führen. Sie müssen so geregelt werden, dass sie vorhandene Reserven des Kühlkreislaufs ohne eine relevante Erhöhung der Lüfterleistung nutzen. Hierfür können vorausschauende Regelstrategien eingesetzt werden.

Aber auch dann entstehen Rückwirkungen auf die Thermodynamik des Rumpfmotors wie Füllungsverlust und steigende Stickoxid-Rohemissionen, die kompensiert werden müssen.