Elektrische Energieversorgung und Brennstoffzelle

Aus dem Wunsch nach dem ökoeffizienten Flug entwickelte sich die Vision einer einheitlichen und optimalen Energieversorgung moderner Verkehrsflugzeuge und damit der Trend zum all electric aircraft. Die nun stattfindende, schrittweise Umsetzung dieses Trends wird eine Erhöhung des elektrischen Leistungsbedarfs zukünftiger Flugzeuggenerationen nach sich ziehen. Die Weiterentwicklung der elektrischen Energieversorgung an Bord moderner Verkehrsflugzeuge gewinnt in diesem Kontext an Bedeutung. Auch die Integration innovativer Technologien, wie der Brennstoffzelle, steht dabei im Focus der heutigen Forschung. Die Gruppe Elektrische Energieversorgung und Brennstoffzelle des Institutes für Flugzeug-Systemtechnik beschäftigt sich in diesem Zusammenhang insbesondere mit dem Konzept des Multifunktionalen Brennstoffzellensystems (MFFCS). Dabei soll die Brennstoffzelle durch die Nutzung ihrer Nebenprodukte mehrere konventionelle Systeme im Flugzeug unterstützen oder sogar vollständig ersetzen. Neben dem Entwurf entsprechender Architekturen sowie Regelungs-, Überwachungs- und Diagnosekonzepte wird ein weiterer Schwerpunkt durch die virtuelle Erprobung solch innovativer Energieversorgungssysteme gebildet.

Systementwurf und -bewertung

Dieser Forschungsschwerpunkt hat die optimale Integration multifunktionaler Brennstoffzellensysteme (MFFCS) in Verkehrsflugzeuge zum Ziel. Hierzu ist am Institut für Flugzeug-Systemtechnik eine Methodik entwickelt worden, die es erlaubt verschiedenste Integrationsstrategien auf Flugzeugebene zu bewerten. Ein wichtiges Bewertungskriterium ist dabei der Einfluss auf den Treibstoffverbrauch während einer gesamten Flugmission. Aber auch Kriterien wie die Robustheit oder das Alterungsverhalten eines solchen Systems gewinnen zunehmend an Bedeutung und sind folgerichtig Bestandteil aktueller Forschungsarbeit.

Systemautomation

In diesem Forschungsbereich werden Konzepte für die Systemautomation eines multifunktionalen Brennstoffzellensystems entwickelt. Dieses beinhaltet die Regelung, Steuerung und Überwachung aller Systemkomponenten basierend auf einer hierarchischen Struktur. Das Zusammenwirken aller Module der Automation mit den beteiligten Systemen und Komponenten bis hin zum Cockpit wird in einer virtuellen Integrationsumgebung getestet. Für die Simulation von Testszenarien wird ein dynamisches Gesamtsystemmodell verwendet, das neben den Brennstoffzellenstacks die Luft- und Wasserstoffversorgung sowie die Kühlung der Brennstoffzellen und das Inertisierungssystem enthält.

Systemdiagnose

Für den wirtschaftlichen Betrieb von Brennstoffzellensystemen sind leistungsstarke Diagnosefunktionen unabdingbar. Diese dienen der frühzeitigen Erkennung von Fehlverhalten, sowie der anschließenden Identifikation und Visualisierung von Fehlerursachen. Minimierte Standzeiten und eine effiziente Wartungsplanung werden dadurch ermöglicht. Zu diesem Zwecke wird am Institut für Flugzeug-Systemtechnik das Software Werkzeug SPYDER entwickelt. Wesentliche Kennzeichen dieses Forschungsschwerpunktes sind die Bereitstellung von Methoden zur modellbasierten Analyse komplexer Zusammenhänge zwischen Fehlern und Fehlereffekten mit dem Ziel der optimalen Sensorplatzierung und automatisierten Konfiguration hierarchischer Diagnosekonzepte. Diese bestehen aus vernetzten Diagnoseagenten, die stufenweise Diagnose-relevante Informationen verarbeiten und verdichten. Dadurch wird die Kette zwischen der Detektion von Fehlverhalten auf der untersten Systemebene und der Ausgabe von Fehlerursachen auf der obersten Flugzeugebene geschlossen

  

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