Computersimulation eines hybridisierten Brennstoffzellenfahrzeugs

Abstract

Das Ziel der vorliegenden Diplomarbeit war es, ein hybridisiertes Brennstoffzellenfahrzeug "HyLite" durch ein rechnergestütztes Modell abzubilden und zu verifizieren. Das HyLite-Fahrzeug dient als Komponententräger für zukünftige Antriebssysteme und wurde am Institut für Fahrzeugkonzepte (FK) des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Stuttgart entwickelt und getestet. Es verfügt über einen leistungsverzweigten Antriebsstrang, in dem eine Brennstoffzelle als Hauptenergielieferant für den elektrischen Antrieb dient. Um Leistungsspitzen abzudecken, ist zusätzlich eine Pufferbatterie integriert. Parallel wird am DLR an einer Modellbibliothek (AlternativeVehicles) in der Modellierungssprache Modelica gearbeitet, die zur Simulation innovativer Fahrzeugkonzepte dient. Das Fahrzeug-Modell wurde auf Basis von Komponenten aus dieser Bibliothek aufgebaut. Um Komponentenmodelle zu parametisieren (z.B. Elektromotor, Batterie) mussten vorliegende Messdaten verwendet und teilweise neu ausgewertet werden. Parameter für den Fahrwiderstand wurden durch umfangreiche Messungen auf dem Rollenprüfstand des DLR ermittelt. Als Grundlage für eine Fahrsimulation wurde dem Modell ein gemessenes Fahrprofil (Sollgeschwindigkeit über Zeit) einer Testfahrt des HyLite-Fahrzeugs vorgegeben. Ziel war es, das Verhalten des Modells möglichst genau an das Verhalten des realen Fahrzeugs anzugleichen. Mit einem im Rahmen der Diplomarbeit erstellten Matlab-Skript konnten Messwerte der Testfahrt mit denen aus der Simulation verglichen werden. Die kontinuierliche Anpassung des Modells führte zu einer guten Übereinstimmung zwischen simulierter und realer Testfahrt. Verbesserungspotenziale am Fahrzeug, vor allem in der Luftversorgung der Brennstoffzelle und in der Betriebsstrategie, wurden durch die Simulation aufgezeigt. Entsprechend wurden Vorschläge für Veränderungen an der Fahrzeugsteuerung gemacht. Mit dem HyLite-Modell gelang es, eine Plattform zu schaffen, auf der Modifizierungen erprobt werden können, bevor sie im realen Fahrzeug implementiert werden. Dabei wurde außerdem die Praxisrelevanz der Fahrzeugsimulation mit Komponenten aus der AlternativeVehicles-Bibliothek unter Beweis gestellt.