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2023 | Buch

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Modellbasierte Betriebsstrategie für PEM-Brennstoffzellensysteme

verfasst von: Sergei Hahn

Verlag: Springer Fachmedien Wiesbaden

Buchreihe : Wissenschaftliche Reihe Fahrzeugtechnik Universität Stuttgart

Enthalten in: Springer Professional "Wirtschaft+Technik" , Springer Professional "Technik"

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Über dieses Buch

Sergei Hahn erarbeitet eine Vorgehensweise, mit der modellbasierte Betriebsstrategien für PEM-Brennstoffzellensysteme entwickelt werden können. Die Betriebsstrategie beeinflusst dabei einerseits die Leistungsaufteilung zwischen Batterie und Brennstoffzellensystem und andererseits die Betriebsbedingungen innerhalb des Brennstoffzellensystems. Durch den Einsatz modellbasierter Verfahren ist es möglich, sowohl die Effizienz als auch die Lebensdauer des Brennstoffzellensystems im Betrieb zu optimieren.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter
Kapitel 1. Einleitung
Zusammenfassung
Der rasante Anstieg der anthropogenen Kohlenstoffdioxid-Emissionen (CO2-Emissionen) und der damit einhergehende Klimawandel erfordern eine zügige Transformation unserer heutigen Mobilität. Ein großer Teil dieser Emissionen ist auf den Einsatz fossiler Energieträger in verbrennungsmotorischen Antrieben zurückzuführen. Darüber hinaus ist die Nutzung dieser Antriebe mit lokalen Geräusch- und Schadstoffemissionen verbunden, die die Lebensqualität in urbanen Räumen mit hohem Verkehrsaufkommen beeinträchtigen können.
Sergei Hahn
Kapitel 2. Stand der Technik
Zusammenfassung
In diesem Kapitel werden die für die weiteren Untersuchungen dieser Arbeit notwendigen Grundlagen eingeführt. Hierfür werden im Abschnitt 2.1 zunächst der Aufbau und die Funktionsweise einer einzelnen PEM-Brennstoffzelle beschrieben. Im Anschluss wird im Abschnitt 2.2 auf den prinzipiellen Aufbau eines mobilen Brennstoffzellensystems eingegangen.
Sergei Hahn
Kapitel 3. Zielsetzung der Arbeit
Zusammenfassung
Aufbauend auf dem im 2. Kapitel beschriebenen Stand der Technik ist die Aufgabe dieses Kapitels, die Zielsetzung der vorliegenden Arbeit zu konkretisieren. Hierfür werden in Abschnitt 3.1 zunächst die Wissensdefizite aufgrund fehlender Forschungsergebnisse hervorgehoben. Im Anschluss erfolgt in Abschnitt 3.2 eine Spezifizierung der Aufgabenstellung. Darin werden im Hinblick auf die Forschungslücken die Ziele dieser Arbeit beschrieben.
Sergei Hahn
Kapitel 4. Modellbildung
Zusammenfassung
In diesem Kapitel werden die für die weiteren Untersuchungen notwendigen Simulationsmodelle eingeführt und beschrieben. Hierfür wird zunächst in Abschnitt 4.1 das Brennstoffzellenmodell vorgestellt, welches die Basis für das Stack-Modell bildet. Darüber hinaus wird das verwendete Modell erweitert, sodass eine Abbildung des Alterungszustands der Zellen ermöglicht wird.
Sergei Hahn
Kapitel 5. Wechselwirkungsanalyse betriebsrelevanter Parameter
Zusammenfassung
In diesem Kapitel werden auf Basis der zuvor entwickelten Simulationsmodelle die Wechselwirkungen innerhalb des Gesamtsystems untersucht. Ziel dieser Analysen ist es, die zur Ableitung einer Entwicklungsmethodik notwendigen Zusammenhänge zu ermitteln sowie einen Ansatz für eine Zerlegung des Gesamtproblems in Teilprobleme zu finden. Dadurch soll eine Reduzierung der Komplexität bei der Entwicklung einer ganzheitlichen Betriebsstrategie erreicht werden.
Sergei Hahn
Kapitel 6. Entwicklungsmethodik der Betriebsstrategie
Zusammenfassung
Die in Kapitel 5 durchgeführten Voruntersuchungen haben die Unzulänglichkeiten einer einfachen kennlinien- bzw. kennfeldbasierten Betriebsstrategie gegenüber einer zu jedem Zeitpunkt optimalen Betriebsweise verdeutlicht. Auf Basis der daraus gewonnenen Erkenntnisse soll nun ein methodischer Ansatz zur Entwicklung einer Betriebsstrategie für PEM-Brennstoffzellensysteme entwickelt werden.
Sergei Hahn
Kapitel 7. Funktionsnachweis und Bewertung der Methodik
Zusammenfassung
In diesem Kapitel soll die Funktionshypothese sowie die Robustheit der Methodik überprüft werden, indem die Ergebnisse der geschilderten Vorgehensweise quantifiziert und beurteilt werden. Hierzu werden die im letzten Kapitel vorgestellten Ansätze für die interne und externe Betriebsstrategie analog der Darstellung in Abbildung 6.2 im Referenzfahrzeug kombiniert und anhand eines realitätsnahen Fahrzyklus simulativ bewertet. Diese Bewertung erfolgt auf Basis eines Vergleichs mit der kennfeldbasierten Referenzbetriebsstrategie in Abschnitt 7.1. Die Ergebnisse der resultierenden Betriebsstrategie werden anschließend in Abschnitt 7.2 diskutiert.
Sergei Hahn
Kapitel 8. Zusammenfassung und Ausblick
Zusammenfassung
Das in dieser Arbeit angestrebte Forschungsziel, einen methodischen Ansatz zur Auslegung einer ganzheitlich orientierten Betriebsstrategie für PEM-BZS zu entwickeln, erforderte eine umfassende Analyse der auftretenden Wechselwirkungen, die innerhalb eines BZS und an dessen Schnittstellen auftreten. Um diese Vielfalt an möglichen Einflussgrößen untersuchen zu können, wurde für ein bestehendes BZS ein Simulationsmodell entwickelt. Dieses Modell sollte einerseits die unterschiedlichen physikalischen Wechselwirkungen abbilden können und andererseits möglichst einfach aufgebaut sein. Schließlich konnte anhand von Messdaten gezeigt werden, dass das vorgeschlagene Modell die Wechselwirkungen zwischen Zellspannung und Subsystemparameter mit einer hohen Genauigkeit abbilden kann.
Sergei Hahn
Backmatter
Metadaten
Titel
Modellbasierte Betriebsstrategie für PEM-Brennstoffzellensysteme
verfasst von
Sergei Hahn
Copyright-Jahr
2023
Electronic ISBN
978-3-658-42086-4
Print ISBN
978-3-658-42085-7
DOI
https://doi.org/10.1007/978-3-658-42086-4

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