EnviSys-FC: Konzeption und Simulation eines Systems zum effizienten Betrieb von schienengebundenen Fahrzeugen mit Brennstoffzellenantrieb und Lebenszyklusmanagement
Abgeschlossenes Forschungsprojekt

Im Eisenbahnsektor gilt wie auch in anderen Sektoren das verkehrspolitische Ziel, Dieseltriebfahrzeuge durch Fahrzeuge mit alternativen Antriebstechnologien zu ersetzen. Dies hätte zur Folge, dass prinzipiell mehr regenerative Primärenergieträger genutzt werden können, dass der Bedarf fossiler Energiequellen sinkt und weniger lokale Emissionen anfallen. Eine vollständige Elektrifizierung aller Bahnstrecken ist in diesem Zusammenhang als äußerst unwahrscheinlich anzunehmen, da diese mit sehr hohen Kosten und (Personal-)Aufwand verbunden wäre und somit kurz- und mittelfristig nicht umsetzbar ist. Hauptgrund ist, dass eine Elektrifizierung auf schwach ausgelasteten Strecken in der Regel nicht wirtschaftlich ist. Die Antriebstopologien von Hybridtriebfahrzeugen unterscheiden sich mehr oder weniger stark von den etablierten Topologien. Das bedeutet, dass zusätzliche Komponenten hinzukommen (z. B. Brennstoffzellen, Akkumulatoren) und andere entfallen (z. B. Dieselmotoren, Getriebe mit veränderbarer Übersetzung). Die Topologien von Wasserstofftriebzügen und Dieseltriebzügen unterscheiden sich somit grundlegend, während der einzige Unterschied zwischen einem herkömmlichen elektrischen Triebzug und einem Oberleitungs-Batterie-Hybridzug lediglich der zusätzliche Akkumulator am Gleichspannungszwischenkreis ist. Daher benötigen alternative Triebfahrzeuge abhängig von ihrer Topologie speziell zugeschnittene Energiemanagementsysteme. Dieses Projekt befasst sich mit Wasserstofftriebzügen. Ziel ist es, ein Energiemanagement-System zu entwickeln, das im Zusammenspiel mit Fahrerassistenzsystemen, die bereits jetzt Soll-Geschwindigkeitsprofile ermitteln, eine optimale Strategie zum Zusammenwirken der Komponenten (v. a. Brennstoffzelle und Puffer-Akkumulator) ausgibt. Hierbei werden insbesondere Aspekte der energetischen Effizienz, aber auch Aspekte der Degradation und somit der Lebensdauer der Komponenten in Abhängigkeit von der Betriebsstrategie betrachtet.

Hauptaufgabe der Professur ALF ist, gemeinsam mit SRCC, die Modellbildung und Simulation eines generischen Schienenfahrzeugs mit Brennstoffzellen-Antriebsstrang unter Berücksichtigung von Alterungserscheinungen der wesentlichen Teilsysteme. Das Modell wird zur Entwicklung der Fahrerassitenzfunktion sowie dem optimierenden Energiemanagement genutzt, welche den Betrieb des Antriebssystems hinsichtlich Wasserstoffverbrauch und Systemalterung minimieren.

Projektlaufzeit: 01.01.21 - 31.12.2023 (Verlängerung bis 30.06.2024)

Projektpartner:

• ident.tec GmbH
• Smart Rail Connectivity Campus gGmbH (SRCC)
• Technische Universität Chemnitz/Professur Alternative Fahrzeugantriebe

Förderung: ZIM-Projekt im ZIM-Netzwerk netAKTOR           Förderkennzeichen: 16KN097034

Fördergeber: Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz BMWK

Projektträger: VDI/VDE-IT

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