Nachbildung der Charakteristik eines Zentrifugalverdichters mittels Massendurchflussregler und Lufterhitzer

Abstract

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der dynamischen und stationären Nachbildung eines Zentrifugalverdichters zur Versorgung der Kathode einer Brennstoffzelle mittels Lufterhitzer und einem Massendurchflussregler. Für den Betrieb des Teststandes wird eine Regelung entworfen, welche aus einer Druck- und Massenstromregelung besteht. Hierbei wird der Ansatz des Entkoppelns umgesetzt, um konstante Parameter für die Versorgung der Brennstoffzelle zu ermöglichen. Für die stationäre Charakterisierung des Verdichters wird das Verdichterkennfeld und das Kennfeld des isentropen Wirkungsgrades aufgenommen. Das dynamische Verhalten ergibt sich aus der Temperaturänderung der Luft während des Verdichtungsprozesses und der Drehzahländerung des Verdichters. Diese Zusammenhänge werden in einem Simulink Modell nachgebildet, validiert und anschließend als Hardware in the Loop Anwendung auf einer Steuerung betrieben. Durch Nutzervorgaben und Sensorwerte soll die Nachbildung ein identisches Verhalten zu dem Verdichter aufweisen und so einen flexibleren Einsatz, als eine Brennstoffzelle ermöglichen. Das Modell liefert die gewünschte Genauigkeit, im Vergleich zum realen Verdichter. Die Nachbildung und das statische Entkoppeln weisen Potential zur Verbesserung auf