TU Wien arbeitet an prädiktivem Energiemanagement für H2-Autos
Brennstoffzellenfahrzeuge sind neben der Brennstoffzelle selbst auch mit einer Batterie ausgestattet. Die Batterie dient dabei einerseits als Puffer für dynamische Lastwechsel, z.B. bei einem Überholvorgang, und erlaubt andererseits die Effizienz zu steigern und die Alterung der Brennstoffzelle zu reduzieren. Denn eine Brennstoffzelle arbeitet besser mit einer eher konstanten Leistung – der schwankende Leistungsbedarf des Fahrzeugs im Verkehr wird durch die Pufferbatterie ausgeglichen.
Doch damit dies gelingt, kommt es auf das Energiemanagement an, welches die Last kontinuierlich auf Brennstoffzelle und Batterie aufteilt, so die Forscher. Genau dort setzt das Projekt „FC-IMPACT“ an. Die Herausforderung dabei: Die optimale Energieaufteilung hängt stark von einer Vielzahl von Faktoren wie gefahrener Geschwindigkeit, Höhenprofil, Verkehr und Wetter ab. Diese sind aber vor Fahrtantritt meist unbekannt – und damit kann das System nicht das optimale Energiemanagement für die Route kalkulieren. Wenn es also gelingt, das Energiemanagement zu verbessern, so kann der Wasserstoffverbrauch sinken und die Lebensdauer der Brennstoffzelle verlängert werden.
Unter der Leitung von Prof. Christoph Hametner arbeitet ein Team des Instituts für Mechanik und Mechatronik der TU Wien an prädiktiven Energiemanagement-Strategien. Diese greifen auf einfach verfügbare, statische Routeninformationen wie Geschwindigkeitsbeschränkungen und das Höhenprofil zurück und optimieren so das Energiemanagement – in der Theorie.
In der Mitteilung gibt die TU Wien ein Praxisbeispiel: Im Gebirge wird etwa vor einer Bergfahrt die Batterie durch die Brennstoffzelle geladen, damit an den Steigungen mit hohem Energiebedarf die Batterie maximal unterstützen kann – womit die Brennstoffzelle effizienter betrieben werden könne. Im Optimalfall ist die Batterie dann am Gipfel fast leer und kann während der Bergabfahrt per Rekuperation wieder geladen werden. Das soll die Effizienz weiter erhöhen. Neben den Verbrauchseinsparungen erlauben die prädiktiven Konzepte auch die Lebensdauer der Brennstoffzelle zu erhöhen.
Innerhalb des Projekts „FC-IMPACT“ arbeitete das Team von Prof. Hametner eng mit dem Grazer Technologieunternehmen AVL zusammen, das ein Brennstoffzellen-Demonstrationsfahrzeug auf Basis eines VW Passat gebaut hat. Die Kooperation erlaubte es, die prädiktiven Energiemanagement-Strategien, die bereits in Simulationen ausgiebig getestet wurden, mit dem echten Fahrzeug zu validieren. Die Validierung umfasste sowohl reale Fahrzyklen im Straßenverkehr als auch Tests am Rollenprüfstand. Dabei konnten laut der Mitteilung die Simulationsergebnisse bestätigt werden. Und der Wasserstoffverbrauch konnte gegenüber einer nicht-prädiktiven Strategie um mehr als sechs Prozent reduziert werden – eine Auswirkung auf die Lebensdauer der Brennstoffzelle wird noch nicht beziffert. Das ist Bestandteil der weiteren Arbeiten: Das Team forscht nach eigenen Angaben bereits an Konzepten, die die Energieeffizienz und die Lebensdauer weiter verbessern werden.
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