Mit der Entwicklung alternativer Antriebskonzepte erhalten vermehrt neue Technologien Einzug in zukünftige Fahrzeuggenerationen. Um auch für neue Komponenten ein hohes Niveau an Zuverlässigkeit bieten zu können und Entwicklungen zur Steigerung der Lebensdauer voranzutreiben, ist es entscheidend, den Verlauf von Alterung und Verschleiß zu untersuchen. Die Durchführung solcher Untersuchungen in einer Fahrzeugerprobung verlangt eine schnelle und aufwandsarme Methode zur Bestimmung des Zustands der Komponente. Nur unter diesen Voraussetzungen ist eine Anwendung der Methode in vielen Fahrzeugen und eine hohe zeitliche Auflösung der Zustandsbestimmung möglich. In der vorliegenden Arbeit wird die Brennstoffzelle eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs betrachtet. Für die Ermittlung des Verschleißzustands der Brennstoffzelle sind gegenwärtig aufwändige und kostenintensive Untersuchungen auf einem Prüfstand erforderlich. Die Motivation der vorliegenden Arbeit liegt darin, diese Untersuchungen durch ein Diagnosesystem, das eine Bestimmung des Degradationszustands im regulären Fahrbetrieb ermöglicht, zu ersetzen. Die zentrale Komponente des Diagnosesystems ist ein Modell der Brennstoffzelle. Dieses Modell wird während des Fährbetriebs durch eine kontinuierliche Adaption der Modellparameter an das Verhalten der realen Komponente angepasst. Anschließend kann das adaptierte Modell, das als Verhaltensabbild der Brennstoffzelle dient, stellvertretend diversen Untersuchungen unterzogen werden, die gegenwärtig nur an der realen Komponente in einer Prüfstandsumgebung durchgeführt werden können. Vor diesem Hintergrund gliedert sich die vorliegende Arbeit in sieben Kapitel. Nach einem Überblick über die Problemstellung in Kapitel l folgt im zweiten Kapitel eine Einführung in das betrachtete Brennstoffzellensystem und die wesentlichen Alterungs- und Verschleißeinflüsse. In Kapitel 3 wird die Problematik der Bestimmung des Degradationszustands vor dem Hintergrund klassischer Diagnoseverfahren diskutiert und ein neues Konzept für die Umsetzung erarbeitet. Mit der Definition der Anforderungen und der darauf folgenden Modellierung der Brennstoffzelle beginnt in Kapitel 4 die Umsetzung des Diagnosesystems. Kapitel 5 widmet sich der Adaption des Modells durch ein geeignetes Parameterschätzverfahren. Hierbei stehen die erschwerenden Bedingungen des Onboard-Einsatzes, wie der Umgang mit verrauschten Messsignalen und die eingeschränkte Verfügbarkeit von Rechnerressourcen, im Vordergrund. Im sechsten Kapitel wird das Gesamtsystem aus Modell, Parameterschätzung, Adaptionssteuerung und Diagnoseauswertung anhand realer Messdaten und Untersuchungen auf dem Prüfstand validiert. Abschließend werden die Ergebnisse der Arbeit in Kapitel 7 zusammenfassend dargestellt und ein Ausblick auf nachfolgende Arbeiten gegeben.


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    Titel :

    Eine Methode zur Bestimmung des Verschleiß- und Alterungszustands einer PEM-Brennstoffzelle auf Basis eines modellbasierten Onboard-Diagnosesystems


    Beteiligte:
    Frisch, Thomas (Autor:in)

    Erscheinungsdatum :

    2009


    Format / Umfang :

    214 Seiten, Bilder, Tabellen, 74 Quellen


    Medientyp :

    Hochschulschrift


    Format :

    Print


    Sprache :

    Deutsch