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„Simulation und Auslegung einer Betriebsstrategie für ein Brennstoffzellen-Hybridfahrzeug“
Servane Lessi Zusammenfassung Von zukünftigen Fahrzeugen werden technische Spitzenlösungen und umweltfreundlicher Komfort erwartet. Alternative Antriebe stellen eine Strategie dar, diese Anforderung adäquat zu erfüllen. Dies trifft in besonderem Maße auf die stetig an Bedeutung gewinnende Brennstoffzellentechnologie zu, an der nahezu alle Automobilhersteller forschen. Brennstoffzellenfahrzeuge werden von einem Elektromotor angetrieben, der von einer Brennstoffzelle mit Strom versorgt wird. Aufgrund der hohen Anlaufzeit der Brennstoffzelle und des schlechten Verhaltens der Brennstoffzellen bei niedrigen Temperaturen müssen Brennstoffzellenfahrzeuge mit einer Batterie ausgerüstet werden. Die Idee, diese Batterie zur Unterstützung der Brennstoffzelle auch bei optimalen Betriebsbedingungen strategisch zu verwenden, führte zum Begriff des „Brennstoffzellen-Hybridfahrzeugs“. Die Entwicklung eines optimal auf das Fahrzeug angepassten und den Kraftstoffverbrauch minimierenden Energiemanagements war Ziel der Diplomarbeit. Die Hybridisierung soll aber nicht nur dazu dienen, den Energieeinsatz zu minimieren, sondern soll darüber hinaus auch die Lebensdauer der Brennstoffzelle erhöhen. Außerdem muss der Leistungsbedarf des Fahrzeugs, wie bei jedem herkömmlichen Fahrzeug, vollständig abgedeckt werden. Ein angepasstes Energiemanagement erfüllt demnach also den Fahrerwunsch, minimiert den Kraftstoffverbrauch, schont die Brennstoffzelle und berücksichtigt die Randbedingungen des Gesamt-Antriebsstrangs. Dies wird durch die Entwicklung einer Betriebsstrategie zur effektiven Steuerung der elektrischen Maschine und der Energiequellen erreicht. Eine der wichtigsten Randbedingungen ist dabei der Wunsch, einen beinahe konstanten Ladezustand der Batterie zu erreichen. Das hat für Folge, dass die Energie, die der Batterie entzogen wird, auch in die Batterie zurückgespeist werden muss. Eine weitere Besonderheit der Brennstoffzelle ist die relativ hohe Reaktionszeit der Luftversorgungseinheit. Die Betriebsstrategie sorgt dann dafür, dass durch die Batterie die gewünschte Dynamik des Fahrzeugs trotz dieser Trägheit gewährleistet ist. Der Kernpunkt der entwickelten Betriebsstrategie besteht aus der Verschiebung des Arbeitspunktes der Brennstoffzelle. Bei niedrigen Lastanforderungen wird die Batterie eingesetzt und die Brennstoffzelle heruntergefahren, so dass die Brennstoffzelle nie im schädlichen Leerlauf betrieben wird. Bei hohen Lastanforderungen werden Batterie und Brennstoffzelle gleichzeitig eingesetzt, um dem Fahrer ein insgesamt höheres Leistungspotential anzubieten. Diese Betriebsstrategie wurde anhand eines vorhandenen Fahrzeug-Simulationsmodells validiert und empirisch optimiert. Die Simulationsergebnisse bestätigen das hohe Potential hybridisierter Brennstoffzellenfahrzeuge als ressourcenschonendes und leistungsstarkes Fahrzeugkonzept. < zurück |
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