Steuerung und Regelung eines Brennstoffzellensystems im Fahrzeugantriebsstrang

Nahezu alle namhaften Automobilhersteller beschäftigen sich derzeit mit der Entwicklung von Brennstoffzellenfahrzeugen. Mit Hilfe dieser Technik könnte in Zukunft eine lokal emissionsfreie individuelle Mobilität realisiert werden. In der Brennstoffzelle wird bei der Umsetzung von Wasserstoff und Sauerstoff zu Wasser elektrische Energie erzeugt, die in einem Elektromotor zum Antrieb eines Fahrzeugs verwendet werden kann.

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Steuerung und Regelung eines PEM-Brennstoffzellensystems, das zum Antrieb eines Elektro-Hybridfahrzeugs eingesetzt wird. Dazu wird zunächst die Funktions- und Betriebsweise des verwendeten Brennstoffzellentyps beschrieben und Randbedingungen sowie Führungsgrößen für die zu entwerfende Systemsteuerung abgeleitet. Für den Betrieb der Brennstoffzelle ist ein Peripheriesystem erforderlich, das die Zufuhr der Edukte der chemischen Reaktion in der Brennstoffzelle und die Abfuhr der Reaktionsprodukte sowie der anfallenden Reaktionswärme übernimmt. Der Aufbau eines solchen Systems wird beschrieben und erläutert. Ausgehend von der obersten Abstraktionsebene des elektrischen Traktionsnetzes werden die physikalischen Wirkzusammenhänge zwischen den Teilsystemen bis hin zu den Einzelkomponenten gezeigt und für den Aufbau einer Simulation verwendet. Diese Simulation dient für den Entwurf und anschließenden Test von Steuer- und Regelfunktionen.


Heiko Turner absolvierte im Jahr 2000 das Studium des Maschinenbaus an der Technischen Universität Braunschweig. Nach einer Tätigkeit in der Entwicklungsabteilung eines mittelständischen Unternehmens wechselte er im Jahr 2002 in die Konzernforschung der Volkswagen AG. Hier fertigte er die vorliegende Arbeit an, die im Jahr 2008 im Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik der Technischen Universität Darmstadt als Dissertation angenommen wurde.