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Automotive 36 Elektronik 02 2025 entworfen und validiert werden etwa für die Energieerzeugung das Feuchtigkeitsund thermische Management für die Druckregelung oder den regelmäßig notwendigen Ausstoß von angesammeltem Stickstoff Schließlich lassen sich damit auch Energief lüsse zwischen der Pufferbatterie der Brennstoffzelle und dem Antrieb analysieren und damit die Reichweite des Fahrzeugs abhängig von unterschiedlichen Fahrprofilen ermitteln All das findet ohne den Bau physischer Prototypen statt wodurch Wartezeiten und die damit einhergehenden Kosten entfallen Zudem lässt sich so ein erheblich breiteres Spektrum an Betriebsbedingungen testen auch in Grenzbereichen ohne dass Beschädigungen oder Überlastungen von Hardware riskiert werden Ein wichtiger Vorteil des so geschaffenen Modells ist dass es flexibel für jede Wasserstoff-Brennstoffzellen-Anwendung eingesetzt werden kann egal ob für den Straßen-Schienen Seeoder Luftverkehr Mit ihm lässt sich hochgenau feststellen ob die Dimensionierung der Komponenten stimmt die Zellen die geforderte Leistung liefern und ob die Steuerung wie gewünscht funktioniert Das Zusammenspiel der einzelnen HFC-Komponenten das durch die Modellierung und Simulation getestet und optimiert werden kann ist entscheidend für die Energieeffizienz und Langlebigkeit der Brennstoffzelle betont Dirk Rensink technischer Leiter für die Brennstoffzellensimulation bei Segula KIbasiertes Expertensystem zur Parametrisierung von Varianten Da den Segula-Ingenieuren nur eine begrenzte Menge an Daten zur Verfügung stand die an echter Hardware ermittelt wurden erstellten sie ein KIbasiertes Expertensystem zur Auswertung früherer Simulationsläufe Diese KI extrahiert aus den aufgezeichneten Daten Parameter die sich auf Varianten und ganz neue Konfigurationen des HFC-Modells übertragen lassen Mit dieser Vorgehensweise muss das Team nicht bei jedem neuen Brennstoffzellensystem bei null anfangen und die besten Werte für neue Konfigurationen schätzen Das spart nicht nur Zeit in der Anfangsphase sondern die Modelle selbst entwickeln sich mit der stetig wachsenden Zahl an verfügbaren Daten weiter Frühzeitige Validierung und Hardwareinthe-Loop-Simulation Mithilfe der Modelle kann das Segula-Team den Entwurf eines Reglers noch vor dem Zusammenstellen eines Prototyps testen Herkömmlicherweise entwickelt man zunächst den Systemprototypen auf einem Prüfstand und testet und kalibriert dann die Regelungssoftware Bild 3 Bei dem modellbasierten Ansatz wird das Simscape-Modell des Brennstoffzellensystems verwendet um Code zu generieren der in einen Echtzeit-Simulat ionsrechner geladen wird Dies wird als Hardwareinthe-Loop HIL -Simulation bezeichnet und das Modell dient als Umgebung zum Testen der Brennstoffzellensoftware die in realen Systemen verwendet wird Die Brennstoffzellenregler werden mit Hardwareinthe-Loop-Tests getestet und validiert um das Verhalten der Brennstoffzelle in einer typischen Betriebswoche oder sogar einer 30 000-stündigen Standzeit zu simulieren Das Hauptaugenmerk der Tests liegt dabei auf den Reglern für den Kompressor und das Befeuchtungssystem als Hauptakteure »Mit diesen Vorabtests lassen sich die korrekten Werte kalibrieren und wir lagen sehr nahe an den realen Werten Wenn wir statt bei Null anzufangen das System mit dem kalibrierten vorab simulierten Modell auf den Prüfstand stellen beschleunigt das die Entwicklungsdauer erheblich« erklärt Stephan Schnorpfeil Leiter des Brennstoffzellenteams bei Segula Zusammen mit der KIunterstützten Parameterdatenbank führen die Systemmodelle zu einer kürzeren Markteinführungszeit für die Kunden Auf Basis der entwickelten Modelle und des erworbenen Knowhows kann Segula Bild 2 Das von Segula entworfene Automotive-Gesamtsystem Das Simscape-Modell der eigentlichen Brennstoffzelle ist im blauen Kasten hervorgehoben Bild Segula Technologies