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Studien-/ Abschlussarbeit

Entwicklung der Regelung für eine Metallhydrid-Komponente zur Temperierung einer Brennstoffzelle im Fahrzeug

Beginn

1. Mai 2021

Dauer

6 Monate

Beschäftigungsgrad

Vollzeit

Für die Mobilitätswende können Brennstoffzellen einen deutlichen Beitrag leisten, insbesondere für Langstreckenfahrten. Dabei ist die empfindliche Brennstoffzelle auf ein leistungsfähiges Temperaturmanagement angewiesen. Das bisher umgesetzte Temperaturfenster für den Betrieb einer PEM-Brennstoffzelle ist mit ca. 60-80 °C für die Lebensdauer zu weit gefasst. Ein engeres Temperaturfenster würde die Lebensdauer erhöhen und sich positiv auf Kosten und Marktakzeptanz auswirken. Dies soll mithilfe einer neuartigen Metallhydrid-Komponente umgesetzt werden, für die eine Regelung entwickelt werden soll.

Diese Metallhydrid-Komponente basiert auf der wärmegetönten Reaktion von Metallhydriden mit Wasserstoff. Diese Metalllegierungen lagern Wasserstoff ein, dabei entsteht Wärme. Wird der Wasserstoff wieder freigesetzt, wird Wärme aufgenommen und ein Kühleffekt tritt auf. Die Richtung dieser Gleichgewichtsreaktion kann über den Druck bestimmt werden. Hierfür soll die bisher ungenutzte Druckenergie im Brennstoffzellenfahrzeug als treibende Kraft verwendet werden, ohne Wasserstoff oder sonstige Zusatzenergie zu verbrauchen.

Die komplexen Reaktionsvorgänge in einem großen Reaktor können nicht mehr im Detail orts- und zeitaufgelöst für alle Bedingungen dargestellt werden. Darum sollen Experimente aus einem Teststand verwendet werden, um ein Black-Box-Modell des Systems aufzustellen. Für die ausgewählte Modellstruktur sollen dann die Parameter identifiziert und das Modell anschließend am Teststand validiert werden. Aufbauend auf dem entwickelten Modell soll ein Ausgangsregler ausgelegt werden, dieser kann beispielsweise aus einem H∞-Ansatz bestehen. Für die Bewertung der Regelgüte soll ein objektives Bewertungskriterium entwickelt werden. Dieses soll durch den Vergleich von unterschiedlichen Solltrajektorien die Performance des Reglers zeigen. Dazu soll der Regler am Teststand implementiert werden.

Es handelt sich um eine Kooperationsarbeit zwischen dem Institut für Systemdynamik der Universität Stuttgart (ISYS) und dem Institut für Technische Thermodynamik des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR-TT). Die Arbeit wird am ISYS angefertigt mit engem Austausch mit dem DLR-TT (Standort Stuttgart am Uni-Campus).

Haben Sie Interesse an einem spannenden Thema, das Freiraum für eigene Ideen und Selbstverantwortung lässt? Möchten Sie an Lösungen für die zukünftige Energieversorgung mitarbeiten? Verfügen Sie über eine schnelle Auffassungsgabe und wollen etwas bewegen? Dann freuen wir uns auf Ihre Bewerbung!

Im Rahmen der Arbeit sollen folgende Teilaufgaben bearbeitet werden:

  • Einarbeitung in das Prinzip der Metallhydridreaktion
  • Aufbau, Identifikation und Validierung eines Black-Box-Modells
  • Entwicklung einer Regelungsstruktur für das System
  • Implementierung des Reglers in Matlab/Simulink
  • Ggf. Entwicklung eines objektiven Bewertungskriteriums für die Reglergüte
  • Ggf. Umsetzung der Regelung am Teststand
  • Schriftliche Ausarbeitung

Ihre Qualifikation:

  • Studium einer Ingenieurswissenschaft o. Ä. (Technische Kybernetik, Umwelt-, Verfahrenstechnik, Maschinenbau oder Ähnliches)
  • gute Regelungstechnik-Kenntnisse
  • gute Kenntnisse in Matlab/Simulink
  • hohe Eigeninitiative und selbstständige Arbeitsweise

Ihr Start:

Freuen Sie sich auf einen Arbeitgeber, der Ihr Engagement zu schätzen weiß und Ihre Entwicklung durch vielfältige Qualifizierungs- und Weiterbildungsmöglichkeiten fördert. Unser einzigartiges Arbeitsumfeld bietet Ihnen Gestaltungsfreiräume und eine unvergleichbare Infrastruktur, in der Sie Ihre Mission verwirklichen können. Vereinbarkeit von Privatleben, Familie und Beruf sowie Chancengleichheit von Personen aller Geschlechter (w/m/d) sind wichtiger Bestandteil unserer Personalpolitik. Bewerbungen schwerbehinderter Menschen bevorzugen wir bei fachlicher Eignung.

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Fachliche/r Ansprechpartner/in

Mila Kölbig
Institut für Technische Thermodynamik

Tel.: +49 711 6862-214

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