Modellierung eines Brennstoffzellen-Hybridsystems zur transienten Simulation von Fahrzyklen

Abstract

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Entwicklung eines Simulationsmodells zur Abbildung eines Brennstoffzellen-Hybridfahrzeugs (PEM-Brennstoffzelle&Li-Ionen Batterie). Auf der Modellierung des elektrischen sowie thermodynamischen Verhaltens der elektrochemischen Komponenten liegt ein Schwerpunkt der Arbeit. Energiewandler und Speicher werden als serieller Hybridantriebsstrang in ein Fahrzeugmodell eingebettet. Es beinhaltet die wichtigsten Komponenten eines elektrischen Antriebsstrangs sowie ein Fahrwiderstandsmodell. Die Regelung erfolgt durch ein Fahrermodell. Zur effizienten Energiebereitstellung und Erfüllung der möglichen Hybridantriebsmodi wird eine Hybridstrategie implementiert, die situationsbedingt Entscheidungen über die auszuführende Energiebereitstellung trifft. Das erstellte Modell der Brennstoffzelle spiegelt qualitativ das zu erwartende Verhalten wieder. Für das Gesamtfahrzeug konnten in Fahrzyklen Wasserstoff-Verbrauchswerte ermittelt werden, die sich in ihrem Betrag plausibel gestalten. Das erarbeitete Simulationsmodell ist als Entwicklungswerkzeug zu verstehen. Es bietet die Möglichkeit verschiedene Regelungsstrategien sowie Managementsysteme zu implementieren und zu untersuchen. Weitere denkbare Anwendungsgebieten sind Parameterstudien zur Dimensionierung der beteiligten Komponenten, numerische Optimierungen der Hybridstrategie sowie vergleichende Studien dazu.

The present work deals with the development of a simulation model for the mapping a fuel cell hybrid vehicle (PEM fuel cell&Li-ion battery). One focus of the work is the modeling of the electrical and thermodynamic behavior of the electrochemical components. Energy converter and storage systems are embedded in a vehicle model with a serial hybrid drive train. It contains the most important components of an electric drive train as well as a driving resistance model. The regulation is carried out by a driver model. For the e cient supply of energy and the ful llment of the possible hybrid modes, a hybrid strategy is implemented that makes decisions based on the situation regarding the energy supply path to be carried out. The generated model of the fuel cell qualitatively re ects the expected behavior. Hydrogen consumption values were determined for the vehicle in driving cycles, the amount of which is plausible. The simulation model developed is to be understood as a development tool. It o ers the possibility of implementing and investigating various control strategies and management systems. Other conceivable areas of application are parameter studies for dimensioning the components involved, numerical optimizations of the hybrid strategy and comparative studies.