Friedl, C. (2016). Simulation des Energieverbrauchs von Brennstoffzellenantrieben [Diploma Thesis, Technische Universität Wien]. reposiTUm. http://hdl.handle.net/20.500.12708/80191
E315 - Institut für Fahrzeugantriebe und Automobiltechnik
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Date (published):
2016
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Number of Pages:
74
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Keywords:
Simulation; Brennstoffzelle; Energieverbrauch
de
Simulation; fuel; energy consumption
en
Abstract:
Ziel der vorliegenden Arbeit war es, ein Simulationsmodell zu optimieren, welches den Energiebedarf beliebiger Brennstoffzellenfahrzeuge für verschiedene Fahrprofile möglichst genau berechnen, und dabei schnell an die zu simulierenden Fahrzeuge angepasst werden kann. Am Beginn dieser Arbeit wird das Gesamtsystem des Brennstoffzellenfahrzeugs betrachtet. Hierbei wird zuerst auf die verschiedenen Arten der Herstellung von Wasserstoff eingegangen. Darauf folgt die Betrachtung des Energieaufwandes der der Herstellung der Fahrzeuge. Anschließend wird die Technik der für Fahrzeugantriebe geeigneten Polymerelektrolytbrennstoffzelle (PEMFC) erläutert. Hierbei werden die in der Brennstoffzelle ablaufenden Prozesse behandelt und die Systemkomponenten beschrieben. Besonders wird hier auf den Stofftransport in der Polymerelektrolytmembran eingegangen. Es folgt ein Vergleich des Energiebedarfs verschiedener Fahrzeugantriebssysteme. Für die Simulation des Energieverbrauchs eines Brennstoffzellenfahrzeuges werden zwei Berechnungsmodelle miteinander verglichen. Diese wurden mittels Matlab/Simulink erstellt. Das eine Modell ist ein detailliertes Modell, in welchem die Einzelkomponenten des Brennstoffzellenantriebs modelliert sind. Im anderen Modell wird der Brennstoffzellenantrieb als Grey-Box modelliert. Für beide Modelle wird die Ermittlung der notwendigen Systemparameter beschrieben. Der Energieverbrauch wird für reale Streckenprofile sowie für Normzyklen berechnet und mit Hilfe von gemessenen Verbräuchen validiert. Abweichungen werden beschrieben und durch Anpassung des Modells und seiner Parameter reduziert. Es konnte gezeigt werden, dass die Modelle akkurate Ergebnisse für den Energieverbrauchs eines Brennstoffzellenfahrzeugs liefern können. Insbesondere das Grey-Modell ermöglicht es, schnell genaue Ergebnisse zu erzielen. Zum Abschluss werden die gewonnenen Erkenntnisse diskutiert und Vorschläge für weitere Verbesserungen der Simulation des Energieverbrauchs von Brennstoffzellenfahrzeugen unterbreitet.
de
The aim of this diploma thesis is to develop a simulation model, which is able to calculate the energy consumption of Fuel Cell Electric Vehicles with high accuracy and fast adaption to various vehicles. In the beginning, several methods of producing hydrogen will be introduced. Subsequently, the energy consumption of vehicle production is discussed. Then the technology of the polymer electrolyte fuel cell and the processes in the fuel cell are explained. Especially the mass transport in the membrane is illustrated. Afterwards, the energy consumption of various powertrains are compared to each other. For the simulation of the energy consumption of fuel cell electric vehicles, wo calculation models are introduced and compared to each other. At first, the two models, designed with Matlab/Simulink, are characterized. One model is a detailed model, where the components of the powertrain are simulated in submodels. The core of the other model is a grey-box powertrain. For both models the determination of the system parameters are described. The energy consumption is calculated for real driving cycles and validated with measured consumption. Deviations are described and with adjustments to the model and its parameters minimized. It is shown that the models provide accurate results for the energy consumption of a fuel cell electric vehicle. Particularly the grey-box model is a fast and precise simulation tool. In conclusion, the insights are discussed and suggestions for further improvements of the simulation of the energy consumption of fuel cell electric vehicles are given.
en
Additional information:
Zusammenfassung in englischer Sprache Abweichender Titel nach Übersetzung der Verfasserin/des Verfassers