Simulation des dynamischen Verhaltens einer PEM-Brennstoffzelle unter Verwendung des Programmes LabVIEW ®

Abstract

Das Institut für erneuerbare Energien und Energieeffizienz realisiert den Aufbau eines Versuchstandes für Hybridfahrzeuge. In diesem sollen neben einer Last, wie z.B. ein Modellfahrzeug, und einem Batteriespeicher auch eine PEM-Brennstoffzelle zum Einsatz kommen. Ziel dieser Arbeit ist es, ein funktionierendes Simu-lationsmodell zu erstellen, welches das Verhalten der Brennstoffzelle im Betrieb abbildet. Dabei soll das Modell neben der statischen Spannungsberechnung insbesondere das dynamische Verhalten analysieren und simulieren. Als Voraussetzung dabei ist die Verwendung des Programmes LabVIEW als Simulations-umgebung vorgegeben. Zu Beginn der Arbeit wird auf das Thema der Brennstoffzellentechnik eingegangen. Hier werden speziell der Aufbau und die Funktionsweise von Polymer-Elektrolyt-Brennstoffzellen behandelt. Daraufhin erfolgt die Auswahl eines Simulationsansatzes. Dieser wird anhand eines Lastenheftes und Arbeiten aus der Literatur gewählt. Anschließend werden die Grundgleichungen für das Modell aufgestellt und erläutert. Daraufhin können diese in der LabVIEW Umgebung implementiert und das Verhalten des Modells anhand von Lastsprüngen ausgewertet werden. Abschließend erfolgt die Validierung der Ergebnisse anhand von Messungen, die an einem realen Brennstoffzellenstack durchgeführt worden sind.

The Institute for Renewable Energies and Energy Efficiency realizes the construction of a test stand for hybrid vehicles. In addition to a load, such as a model vehicle, and a battery storage system, a PEM fuel cell will be included. The aim of this work is to create a functioning simulation model that represents the behaviour of the fuel cell during operation. In addition to the static voltage calculation, the model should analyse and simulate the dynamic behaviour. As a prerequisite for this, the use of the program LabVIEW as a simulation environment is specified. At the beginning of the work the topic of fuel cell technology is dealt with. Here especially the structure and the operation of polymer electrolyte fuel cells are treated. This is followed by the selection of a simulation approach. The approach is selected based on a specification and different articles from the literature. Subsequently, the basic equations for the model are established and explained. These can then be implemented in the LabVIEW environment and the behaviour of the model can be evaluated based on load jumps. Finally, the results are validated with measurements carried out on a real fuel cell stack.