Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Dynamische Modellierung und modellbasierte Regelung von PEM Brennstoffzellensystemen

Ziel des Projektes ist die Entwicklung eines dynamischen Modells einer Polymerelektrolyt- (PEM-) Brennstoffzelle inkl. der für die Dynamik relevanten Komponenten, welches sich insbesondere für den Einsatz in modellbasierten Regelungsverfahren eignet, und die Umsetzung modellbasierter Regelungsverfahren für die Optimierung des ganzheitlichen Betriebs der Brennstoffzelle zur Erhöhung des Wirkungsgrades bei gleichbleibender Lebensdauer. Durch das Durchführen von dynamischen Messungen am Prüfstand werden zunächst isolierte Dynamiken vermessen, um im Anschluss bereits bestehende statische Modelle zu erweitern. Des Weiteren wird eine umfängliche Validierung gegenüber zweier verschiedener Brennstoffzellensysteme auf dem Prüfstand durchgeführt, um die Gültigkeit des Modells in möglichst vielen Betriebsbereichen sicherzustellen. Parallel dazu werden modellbasierte Regelungsansätze auf ihre Eignung hin untersucht und die vielversprechendsten Ansätze umgesetzt. Mithilfe einer mehrschritten Validierung – zunächst rein simulativ, anschließend im Hardware-in-the-Loop-Betrieb und schlussendlich am Prüfstand – wird dabei eine industriell einsatzfähige Lösung angestrebt. Durch Verwendung modellbasierter Regelungsverfahren mit maßgeschneiderten dynamischen Modellen der Brennstoffzelle, inklusive Peripherie, werden die Vorteile der Brennstoffzelle optimal ausgeschöpft. Einerseits kann der Betriebspunkt der Brennstoffzelle möglichst energieeffizient gewählt werden, andererseits ermöglicht eine betriebsparameterabhängige Strategie der Brennstoffzelle eine Ausdehnung ihres Betriebsbereichs und kann dabei unerwünschte weitere Verkürzungen der Lebensdauer vermeiden. Innerhalb der gesamten Wertschöpfungskette – vom Komponentenproduzenten über Systementwickler bis hin zu Systemintegrierer – können KMU von den Ergebnissen profitieren, indem Hemmnisse beim dynamischen Betrieb gesenkt und ein wirtschaftlicherer und wettbewerbsfähigerer Betrieb erreicht werden.