Masterstudiengang Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologie (M.Eng.)

1. Einführung in die Elektro-/Regelungstechnik

1.1 Grundlagen Gleich- und Wechselstromtechnik

1.2 Berechnung von Wechsel-/Drehstromnetzen

1.3 Elektrische Leistung in Gleich-/Wechsel-/Drehstromnetzen

1.4 Elektromagnetismus, Spannungsinduktion

1.5 Lineare Systeme im Zeitbereich, Differentialgleichungen

1.6 Modellierung dynamischer Zustandsraummodelle

1.7 Lineare Systeme im Frequenzbereich

1.8 Laplace-Transformation, Frequenzgänge, Stabilität

1.9 Übertragungsfunktionen im Regelkreis

1.10 Matlab Control System Toolbox

2. Mathematik

2.1 Gebrochenrationale Funktionen/Partialbruchzerlegung

2.2 Komplexe Zahlen

2.3 Matrizen und Verfahren zur Lösung von Gleichungssystemen

2.4 Differentialgleichungen (DGL) und Anfangswertprobleme

2.5 Laplace-Transformation

3. Matrixorientierte Programmierung

3.1 Matlab - Grundlagen und matrixorientierte Programmierung

3.2 Simulink - Einführung und Modellierung von DGL

1. Vorlesung Systemsimulation

1.1 Einleitung und Motivation

1.2 Grundlagen der signalflussorientierten Systemmodellierung

1.3 Anwendung Numerischer Simulationsverfahren und Echtzeitsimulation

1.4 Modellbildung von Streckenmodellen (mechanisch/ elektrisch/ thermisch / usw.)

1.5 Identifikationsverfahren im Zeit- und Frequenzbereich

1.6 Modellierung informationsverarbeitender Systeme

2. Rechnerlabor Systemsimulation

2.1 Einführung in die signalflussorientierte Systemmodellierung (Matlab/Simulink)

2.2 Einstellung und Anwendung numerischer Simulationsverfahren

2.3 Modellierung, Identifikation und Parameterstudie eines elektrischen Antriebssystems

2.4 Modellierung und Auslegung eines Temperaturbeobachters für einen Wechselrichter

1. Thermodynamik und Kinetik der Brennstoffzelle

1.1 Thermodynamik der Mehrstoffsysteme

1.2 Fundamentalgleichung mit chemischem und elektrochemischem Potential

1.3 Kinetik der Elektrodenprozesse

1.4 Polarisationsarten, Ladungs- und Massentransport in der Zelle

1.5 Leistungsverhalten der gesamten Zelle, Modellierung und Charakterisierung

2. Laborübung Brennstoffzellen

2.1 Bau von Einzellern

2.2 Charakterisierung der Zelle

1. Übersicht und Einführung in elektrochemische Energiespeicher
2. Nachhaltigkeit und Zukunftstrends für elektrochemische Speicher im Überblick
3. Grundkenntnisse in Elektrochemie (Anode, Kathode, Elektrolyt, Aufbau einer Zelle)
4. Thermodynamik und Kinetik für galvanische Elemente (Brennstoffzellen) 
5. Charakterisierung von Brennstoffzelle (Messtechnik: Stromdichte/Spannungskurven, Leistungsdichte)
6. Materialien für Brennstoffzellen (GdL, MEA) und Herstellungsverfahren
7. Verfahrenstechnik zu Brennstoffzellen in mobilen Anwendungen
8. Aufbau eines Gesamtsystems unter Deklaration aller Baugruppen 
9. Anforderungen an eine zulassungsfähige Integration in Fahrzeuganwendungen 
10. Legislative Vorgaben bei der konstruktiven Gestaltung von Brennstoffzellen-Systemen

1. Elektrische Maschinen und Antriebe

1.1 Wichtige elektrische Maschinen für Traktionsantriebe

1.2 Grundlagen elektrischer Maschinen: Werkstoffe, Verlustmechanismen, Kühlung, Nutzfelder und Streuung

1.3 Entwurf mit Kenngrößen

1.4 Stationäres Betriebsverhalten von Drehfeldmaschinen am Wechselrichter

1.5 Drehfeldbildung und Drehstromwicklungen

2. Modellbasierte Regelung elektrischer Antriebe

2.1 Vorgehensmodell modellbasierte Softwareentwicklung

2.2 Entwurf von Reglerfunktionen für elektrische Antriebe

2.3 Modellierung und Simulation von Regelkreisen für elektrische Antriebssysteme in MATLAB/Simulink

2.4 Auto-Code-Generierung

2.5 Validierung und Verifikation der Antriebsregler

3. Labor Elektrische Maschinen und Antriebe

3.1 Aufbau von Prüffeldern für elektrifizierte Antriebe im KFZ

3.2 Prüfung eines elektrischen Traktionsantriebs für Elektro- oder Hybrid-Fahrzeug

3.3 Modellbildung und Simulation der Dynamik eines Antriebssystems; Entwurf und Modellbildung von Drehmomenten-, Drehzahl- und Positionsreglern

3.4 Auto-Code-Generierung und Inbetriebnahme der Regler auf Antriebssystem

1. Eigenschaften, Herstellung, Speicherung und Transport von Wasserstoff

1.1 Eigenschaften des Wasserstoffs 

1.2 Erzeugung von Wasserstoff, Elektrolyse

1.3 Speicherung von Wasserstoff

1.4 Transport von Wasserstoff

1.5 Wasserstoffinfrastruktur

1.6 Wasserstoff als Ausgangsprodukt für Synthetische Kraftstoffe

2. Laborübung Wasserstofftechnologie

2.1 Elektrolyse

2.2 Betankung von Wasserstofffahrzeugen

1. Leistungselektronik und Steuergeräte / Sicherheitskonzepte

1.1 Standard Converter Topologien

• • Buck Converter
  • Boost Converter
  • Single Phase Half Bridge Converter
  • Single Phase Full Bridge Converter
  • Three Phase PWM Voltage Sourc Inverter
  • Pulse Width Modulation Methods

1.2 Sicherheitskonzepte der E-Mobilität

• • Gefahren des elektrischen Stroms
  • Elektrische Sicherheitstechnik
  • Sicherheitsregeln
  • Eigensichere Hochvoltsysteme
  • Ladekonzepte
  • Ausbildungs- und Qualifizierungsmaßnahmen

2. Labor Schaltungsmodellierung und -simulation

2.1 Simulation von Stromrichterschaltungen in Matlab/Simulink sowie deren Analyse

• • Dreiphasensysteme und deren Beschreibung mit Raumzeigern
  • Buck Converter
  • Boost Converter
  • Single Phase Half Bridge Converter
  • Single Phase Full Bridge Converter
  • Three Phase PWM Voltage Source Inverter
  • Pulse Width Modulation Methods
  • Stromregelung mit Hilfe leistungselektronischer Schaltungen

1. Mögliche Gefahren im Umgang mit Wasserstoff
2. Grundlegende Sicherheitsaspekte im Umgang mit Wasserstoff
3. Sicherheitsaspekte im Umgang mit Wasserstoff im Vergleich zu anderen Gasen und Kraftstoffen
4. Generelle und technische Schutzmaßnahmen
5. Aufbau von wasserstoffführenden Systemen in Industrieanlagen und Fahrzeugen
6. Geltende Vorschriften für Wasserstoffanlagen

1. Elektrische Fahrentscheidung, Zustart und Emissionierung
2. Betriebsmodi, Gesetzliche Anforderungen und Typprüf-Vorschriften
3. Energiemanagement (SOC, Klimatisierung, Thermomanagement) und energetische Vorausschau
4. Aspekte des Wärmemanagements sowie Grundlagen der Thermodynamik
5. Auslegung und Absicherung der Fahrzeugklimatisierung im Sommer und Winterbetrieb
6. Speicher-Thermomanagement im Systemansatz sowie Kopplung von Wärmequellen und Senken.

1. Systems Engineering

1.1 Begriffe und Definitionen (System, technisches System, Mechatronisches System, Systemstruktur, Funktionsstruktur, Variabilität, Problemraum, Lösungsraum, …)

1.2 Vorgehensmodelle (Wasserfall-, V-, Spiralmodell, PEP)

1.3 Systemkontext

1.4 Systementwurf, Requirements Engineering, Systementwurf / Architekturphase, Systemdesign jeweils dokumentenbasiert und modellbasiert

1.5 Fallstudien zur Veranschaulichung von Methoden und Werkzeugen

2. Projektmanagement

2.1 Projekt-Organisationsformen

2.2 Projekt-Definition nach DIN

2.3 Projektablauf / Phasenmodell

2.4 Projektplanung (Termin-, Kosten-, Kapazitätsplanung)

2.5 Netzplantechnik – Beispiel

2.6 Termin-Kosten-Trade-offs

2.7 Teambildung, Rolle des Projektleiters

2.8 Projekt-Controlling, Projekte als Kostenträger

2.9 Zielkostenmanagement (Target Costing)

2.10 Projektmanagement-Tools

2.11 Multiprojekt-Management

• • F&E-Projekt-Typen
  • Projekt-Portfolio
  • Integrierte Projekt-Programm-Planung

1. Übersicht und Einführung in Wasserstoff als Energieträger
2. Charakterisierung der Verfahren und Prozesse zur Erzeugung, Transport, Lagerung und Wandelung des Energieträgers Wasserstoff
3. Beschreibung von Energiewandlern zur Nutzung von Wasserstoff als Energieträger in stationären als auch mobilen Anwendungen
4. Bilanzierung und Vergleich mittels Well-to-Wheel sowie Cradle-to-Grave-Methodik
5. Kalkulation und Wirtschaftlichkeitsanalyse nach TCO und LCC-Methodik

Bearbeitung einer individuell festgelegten Aufgabenstellung aus dem thematischen Umfeld der Studieninhalte des Studiengangs. Die Ausarbeitung erfolgt zu Hause oder im Arbeitsumfeld.

Individuell aus dem thematischen Umfeld der Studieninhalte des Masterstudiengangs.