Regelungstechnische Optimierung der Steuerung eines Brennstoffzellensystems im dynamischen Betrieb
Martin Arendt
Das Ziel dieser Arbeit ist die regelungstechnische Optimierung der Steuerung eines Brennstoffzellensystems (BZ-System) im dynamischen Betrieb unter der Zuhilfenahme des Softwareentwicklungsprozesses des Rapid Control Prototyping. Erstens wird eine modellgeführte Steuerung der H2-Konzentration mittels eines N2-Diffusionsmodells entwickelt, mittels Simulationen validiert und getestet. Zweitens wird die Optimierung der Regelung des Kühlsystems anhand einer Störgrößenaufschaltung auf die Stellgröße gezeigt und eine Verbesserung der Regelgüte von 4 , % auf 1 , % erzielt. Drittens wird eine Betriebsstrategie für einen Turboverdichter, bestehend aus einer Pumpgrenzüberwachung zur Gewährleistung des sicheren Betriebs und der Regelung des Verdichter- und Kathoden-Luftmassenstroms, entworfen und erfolgreich getestet.
Diese Arbeit leistet einen Beitrag zur Verbesserung der Leistungsfähigkeit und Zuverlässigkeit der aktuellen BZ-System-Generation der Volkswagen Aktiengesellschaft. Die modellgeführte Steuerung der H2-Konzentration und die Betriebsstrategie für den Turboverdichter sind Lösungen für die aus der neuen Systemarchitektur des untersuchten BZ-Systems entstandenen Herausforderungen an die Steuerung. Die Optimierung der Regelung des Kühlsystems wird als Weiterentwicklung der bis dahin bestandenen Regelung zur Verbesserung der Leistungsfähigkeit definiert.
