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Modellierung und Regelung eines Polymerelektrolytbrennstoffzellenstacks in der Kathodenrezirkulation

Mersch, Benedikt (2017) Modellierung und Regelung eines Polymerelektrolytbrennstoffzellenstacks in der Kathodenrezirkulation. Bachelor's, Technische Universität Hamburg-Harburg.

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8MB

Abstract

Die Arbeit entstand während eines Praktikums am Institut für Technische Thermodynamik des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt e.V.. Es wird ein Regelungskonzept für die unterbrechungsfreie Umschaltung der Kathodenversorgung eines Polymerelektrolytbrennstoffzellenstacks (PEM) von Luft auf reinen Sauerstoff mit anschließender Kathodenrezirkulation entwickelt. Zuerst werden der Aufbau und die theoretischen Grundlagen der Elektrochemie, Medienversorgung und des Feuchtehaushaltes der PEM-Brennstoffzelle erklärt. Für den Umschaltvorgang von Luft- auf Sauerstoff wird im Anschluss ein physikalisches Modell erstellt, das den Kathodenmassenstrom in Abhängigkeit des Pumpenmassenstroms der Rückführung berechnet. Auf der Grundlage des Modells wird ein Regelungskonzept entwickelt und in Simulink aufgebaut, das eine unterbrechungsfreie Umschaltung zwischen der Luft und dem reinen Sauerstoff für die Kathodenversorgung sicherstellt und einen stabilen Betrieb des Brennstoffzellenstacks mit einem PID-Regler ermöglicht. Der Regler wird mit einer Störgrößenkompensation und einer Stellgrößenbegrenzung mit Anti-Windup Schaltung erweitert. Zusätzlich wird eine Stellgrößenfilterung und Modelloptimierung vorgenommen, um die Trägheits- und Reibungseffekte der Membranpumpe zu berücksichtigen. In weiteren Arbeiten kann ein bestehender Brennstoffzellenlaborteststand auf Grundlage dieses Konzeptes mit der Kathodenrezirkulation erweitert werden.

Item URL in elib:https://elib.dlr.de/112099/
Document Type:Thesis (Bachelor's)
Additional Information:Die vorliegende Bachelorarbeit mit dem Titel ”Modellierung und Regelung eines Polymerelektrolytbrennstoffzellenstacks in der Kathodenrezirkulation“ unterliegt bis zum 15. Januar 2020 einem Sperrvermerk.
Title:Modellierung und Regelung eines Polymerelektrolytbrennstoffzellenstacks in der Kathodenrezirkulation
Authors:
AuthorsInstitution or Email of AuthorsAuthors ORCID iD
Mersch, BenediktBenedikt.Mersch (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-6937-2799
Date:16 January 2017
Refereed publication:No
Open Access:No
Gold Open Access:No
In SCOPUS:No
In ISI Web of Science:No
Number of Pages:79
Status:Unpublished
Keywords:Kathodenrezirkulation, O2 Loop
Institution:Technische Universität Hamburg-Harburg
Department:Institute of Control Systems
HGF - Research field:Energy
HGF - Program:Storage and Cross-linked Infrastructures
HGF - Program Themes:Fuel cells
DLR - Research area:Energy
DLR - Program:E EV - Energy process technology
DLR - Research theme (Project):E - Electrochemical Processes (Fuel Cells) (old)
Location: Hamburg
Institutes and Institutions:Institute of Engineering Thermodynamics > Energy System Integration
Deposited By: Mersch, Benedikt
Deposited On:10 May 2017 09:51
Last Modified:10 May 2017 09:51

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