Die Veröffentlichung befasst sich mit dem Thema, inwiefern das dynamische Verhalten einer PEMBrennstoffzelle hinsichtlich variierender Leistungsanforderungen der angeschlossenen Verbraucher experimentell untersucht werden und ein daraus resultierendes BZ-System in einem Fahrzeug als zusätzliche Elektroenergieversorgung verwendet werden kann. Dabei spielt die Identifizierung der für den dynamischen Betrieb relevanten Parameter und die Ausarbeitung geeigneter regelungstechnischer Maßnahmen eine wichtige Rolle. Ausgehend von einem theoretischen Konzept zur Leistungsregelung auf Basis eines physikalisch-mathematischen Brennstoffzellenmodells wird die praktische Anwendbarkeit untersucht. Eine Auswertung des Vergleichs von Simulation und Experiment zeigte, dass das Modell- und das reale Systemverhalten für verschiedene Betriebsparameter übereinstimmende Charakteristiken besitzen. Im weiteren Verlauf der Untersuchungen konnten Parameter ermittelt werden, die das Verhalten des Brennstoffzellensystems zusätzlich beeinflussen und somit auch im Modell zu berücksichtigen sind. Diesbezüglich konnten messtechnisch zum einen die Systemstandzeit und zum anderen Alterungserscheinungen in Folge von Leistungsdegradation identifiziert werden. Darüber hinaus erfolgte am Brennstoffzellensystem die experimentelle Untersuchung des dynamischen Verhaltens mit Hilfe von sprunghaften Laständerungen. Neben der Temperatur konnte vor allem die bedarfsgerechte Luftversorgung der Kathode, repräsentiert durch den Parameter Stöchiometrie, wesentlich zur Verbesserung der Dynamik beitragen. In Bezug auf das verwendete System konnten, unter Einhaltung des Arbeitsbereichs, unabhängig vom stationären Arbeitspunkt sprunghafte Laständerungen von 36% je Zelle (bezogen auf den Nennarbeitspunkt) realisiert werden. Ausgehend von den Ergebnissen wurde ein Regelungskonzept entwickelt, das sowohl die bedarfsgerechte Zuführung der Edukte als auch die Regelung der Kühlmitteltemperatur gewährleistet. Ferner wurde am Beispiel der Hilfsenergieerzeugung im Kfz-Bordnetz der Bezug zu variierenden Leistungsanforderungen seitens der Verbraucher sowie zur realen Anwendung hergestellt. Die Untersuchung charakteristischer Lastprofile zeigte, dass ein Brennstoffzellensystem insbesondere im Hinblick auf dynamische Anforderungen als alleiniger Erzeuger elektrischer Energie im Bordnetz fungieren kann.
Effiziente Elektroenergieversorgung im Kraftfahrzeug durch ein Brennstoffzellenhilfsstromaggregat
2011
11 Seiten, 19 Bilder, 2 Tabellen, 11 Quellen
(nicht paginiert)
Conference paper
German
Mechatronik im Kraftfahrzeug: Erfolg durch effiziente Entwicklungsmethodik
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