Automatisierung einer Klimaanlage auf Metallhydrid-Basis

Abstract

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Automatisierung einer Klimaanlage auf Metallhydrid-Basis. Diese Technologie ist ein vielversprechendes Systems zur Klimatisierung zukünftig Fahrzeuge, wie z.B Elektro- oder Brennstoffzellfahrzeuge, da diese Klimaanlagen Vorteile gegenüber dem Stand der Technik aufweisen. Zum einen benötigen sie kein umweltschädlichens Kältemittel und zum anderen werden sie nicht elektrisch sondern thermisch angetrieben. Dadurch ergibt sich eine potentiell deutlich größere Reichweite von Elektrofahrzeugen. Aufbauend auf den Grundlagen von Metallhydriden wurde zunächst das Funktionsprinzip des zu automatisierenden Prototypen mit einer kontinuierlichen Kälteleistung von 2 kW dargestellt. Dazu wurden alle wesentlichen Bauteile, vor allem die Sensoren und Aktoren, des Gesamtsystems erläutert. Mittels dieser Bauteile werden die beiden Ziele dieser Arbeit, das Erfassen der Messdaten und das Automatisieren des Systems, umgesetzt. Zur Realisierung dessen wurde ein kompaktes Steuergerät mit einem integrierten Arduino-Mikrocontroller aufgebaut, das sowohl einen manuellen als auch automatischen Betrieb ermöglicht. Die Messdaten - acht Fluidtemperatur, drei Öldurchflüsse und zwei Wasserstoffdrücke - werden mit Hilfe des Mikrocontrollers verarbeitet, gespeichert und während des Betriebs der Anlage auf einem LCD-Bildschirm angezeigt. Für den vollautomatischen Betrieb des Systems wurde ein Prozessablaufplan erstellt und dieser programmiert. Zwei entwickelte Regler, der Temperatur- oder Zeitregler, ermöglichen den vollautomatischen Betrieb durch kontinuierliches Schalten der Ölventile zwischen den Halbzyklen. Sicherheitsvorschriften, bspw. beim Wasserstoffaustritt aus den Reaktoren, werden mit der Interrupt-Funktion berücksichtigt und mit höherer Priorität verarbeitet. Auch die Vorgehensweise zum An- und Abfahren des Systems bzw. der thermischen Antriebsquelle sind im Prozessablaufplan berücksichtigt. Zum Abschluss der Arbeit wurde der Temperaturregler mittels einer Simulation des potentiellen Temperaturverlaufs validiert. Die Funktion der Messdatenerfassung und Verarbeitung ist in diesem Kapitel ebenfalls nachgewiesen. Die Arbeit erfüllt somit insgesamt die aufgeführten Ziele und ermöglicht den automatischen Betrieb des DLR-Prototypen, wodurch die Technologie der Klimatisierung auf Metallhydridbasis demonstriert und weiter verbessert werden kann.