Förderprojekt BZB

 

Robuste Echtzeitschätzung interner Zustände eines PEM Brennstoffzellensystems

 

Motivation

Brennstoffzellensystem können dazu beitragen zukünftige Verkehrslösungen zu dekarbonisieren. Der stationäre Betrieb dieser Systeme wird bereits vielfach erfolgreich umgesetzt. Der dynamische Betrieb dagegen stellt hohe Herausforderungen an die Regelung zum sicheren Betrieb des Brennstoffzellensystems. Ein Überschreiten von Systemgrenzen kann zur merklichen Degradation der Systemleistung oder sogar zur Schädigung des Systems führen.

Bestimmte interne Systemzustände der Brennstoffzelle, zum Beispiel die Temperatur- und Feuchteverteilung in den einzelnen Zellen, wurden als kritische Zustände für potentielle Schädigungen der Brennstoffzelle identifiziert. Eine direkte Messung dieser Zustände ist nur durch invasive Messung möglich und für den Serienbetrieb solcher Systeme nicht praktikabel. Mit einer Schätzung dieser Zustände durch einen virtuellen Softwaresensor könnend eise Zustände zugänglich gemacht werden und in der Regelung explizit berücksichtigt werden.

 

Projektziele und Methoden

In diesem Projekt wird ein modellbasierter Schätzungsansatz verwendet. Um das entsprechende Modell für den Beobachter zu entwickeln, wird auf ein detailliertes Brennstoffzellenmodell und Messdaten zurückgegriffen. Ziel ist es, einen guten Trade-Off zwischen Genauigkeit, Komplexität und einer entsprechenden Modellstruktur zu finden, um bestmögliche Schätzungsergebnisse zu erzielen. Zudem muss die Beobachtbarkeit durch in der Serienanwendung zur Verfügung stehenden Messgrößen gegeben sein. Das finale Framework wird auf Echtzeithardware am Prüfstand bezüglich Genauigkeit der Schätzung und Rechenaufwand evaluiert werden.

 

Innovationen und Perspektiven

Mit der Implementierung eines virtuellen Sensors sollen nicht messbare, kritische Zustände geschätzt werden, um dann in der Regelung explizit berücksichtigt zu werden. Dadurch soll ein transienter und gleichzeitig sicherer Betrieb ermöglicht und somit neue Anwendungsmöglichkeiten für die Brennstoffzelle erschlossen werden.

 

Projektpartner
Ford Research & Advanced Engineering