Das für diese Arbeit entwickelte Simulationsmodell ermöglicht eine komfortable. und schnelle Untersuchung des Energieverbrauchs der vielfältigen Auslegungsmöglichkeiten, die sich bei einem hybriden Brennstoffzellensystem bieten. Das Modell wurde für die Analyse von verschiedenen Systemvarianten, Komponentendimensionierungen und Energiemanagementstrategien entwickelt. Im Mittelpunkt der Untersuchungen stand die Hybridisierung des Systems mit dem zugehörigen Energiemanagement und der Dimensionierung von Brennstoffzellensystem und Batterie. Weitere wichtige Fahrzeug- und Antriebsstrangparameter des hybriden Systems wurden in Parameterstudien untersucht. Es hat sich gezeigt, dass die Hybridisierung des Antriebsstrangs je nach betrachtetem Fahrzyklus eine Energieeinsparung von 4 bis zu 28 % ermöglicht. Da ein Brennstoffzellenfahrzeug ausschließlich von einem Elektromotor angetrieben wird, bietet sich ein sehr hohes Rekuperationspotential. Begrenzt wird die rekuperierbare Leistung nur durch die Maximalleistung der Batterie. Deshalb lässt sich durch die Hybridisierung insbesondere im Stadtverkehr mit häufigem Stop-and-Go sehr viel Verbrauch einsparen. Durch die Hybridisierung des Antriebsstrangs wird zudem ein Energiemanagement möglich, mit dem das Lastprofil von Brennstoffzelle und Batterie beeinflusst werden kann. Je nach Antriebsleistung, Leistungsfähigkeit und Zustand der Komponenten kann die Last für Brennstoffzellensystem und Batterie gewählt werden. Verschiedene Varianten des Energiemanagements wurden jeweils mit einem Referenzenergiemanagement verglichen. Beim Referenzenergiemanagement wird die Antriebsenergie hauptsächlich direkt vom Brennstoffzellensystem erzeugt. Wenn der Ladegrad der Batterie durch Rekuperation über den Sollwert angestiegen ist, wird über einen Ladegradregler auch Energie aus der Batterie entnommen und das Brennstoffzellensystem so entlastet. Die Hybridisierung eines Brennstoffzellenfahrzeugs mit einer leistungsfähigen Batterie führt zu einer großen Kraftstoffersparnis von 13,6 % im NEDC (HyZEM: 7,4 %, FTP75: 24,18 %) bei 70 kW Nettoleistung des Brennstoffzellensystems. Aufgrund seiner Eigenschaften, insbesondere wegen des hohen Wirkungsgrads bei geringen Lasten und des hohen Rekuperationspotentials, eignet sich ein hybrides Brennstoffzellenfahrzeug besonders gut für den Stadtverkehr.
Auslegung und Energiemanagement von hybriden Brennstoffzellenfahrzeugen
Schriftenreihe Automobiltechnik, ika, RWTH Aachen ; 123 ; 1-177
2010
177 Seiten, Bilder, Tabellen, Quellen
Hochschulschrift
Deutsch
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