Die IFAC AAC 2025, öffnet eine externe URL in einem neuen Fenster, die in Eindhoven (Niederlande) stattfand, brachte führende Wissenschaftler_innen, Ingenieur_innen und Industrievertreter_innen aus der ganzen Welt zusammen. Das Symposium ist bekannt für seine wissenschaftliche Exzellenz und hohe industrielle Relevanz und gilt als zentrale Plattform zur Mitgestaltung der Zukunft von Automatisierung, Fahrzeugregelung und Mobilitätstechnologien.

Johanna Bartlechners prämierter Beitrag mit dem Titel „Health-conscious MPC for PEM fuel cells considering main degradation mechanisms of cathode catalyst“ überzeugte durch seinen innovativen Ansatz zur Regelung von Brennstoffzellensystemen – einem Forschungsfeld, das eine zentrale Rolle für die Mobilität der Zukunft spielt. Die Arbeit entstand in enger Zusammenarbeit mit dem Industriepartner AVL List GmbH und weist dadurch eine hohe Praxisrelevanz auf. Ihre Forschung konzentriert sich auf neuartige Regelungsstrategien und die Entwicklung von Soft-Sensoren zur Verlängerung der Lebensdauer von Brennstoffzellensystemen unter hochdynamischen Betriebsbedingungen.

Brennstoffzellenregelung und die Herausforderung der Degradation

PEM-Brennstoffzellen wandeln Wasserstoff in elektrische Energie und Wasser um. Sie gelten als Schlüsseltechnologie für saubere und effiziente Elektrofahrzeuge – insbesondere für Langstrecken- und Schwerlastanwendungen. Eine zentrale Herausforderung bleibt jedoch bestehen: die langfristige Haltbarkeit unter hochdynamischen und anspruchsvollen Bedingungen des realen Fahrbetriebs. Leistungsschwankungen und schnelle Lastwechsel beschleunigen den Verschleiß kritischer Komponenten und begrenzen so die Lebensdauer des Gesamtsystems.

Klassische Regelungsansätze konzentrieren sich oft auf Effizienz oder Leistung, vernachlässigen jedoch den langfristigen Schutz der Systemgesundheit. Johanna Bartlechner beschreitet mit ihrer Forschung neue Wege: Sie entwickelt ein Model Predictive Control (MPC)-Framework, das physikalisch motivierte Degradationsmechanismen aktiv in die Regelstrategie einbindet. Mithilfe von Multi-Objektiv-Optimierung findet die entwickelte Methode den optimalen Kompromiss zwischen Effizienz, Sicherheit und Langlebigkeit des Brennstoffzellensystems.

Die ausgezeichnete Arbeit baut auf einer früheren Forschungsleistung auf: einem neuartigen Beobachter, der einen virtuellen Einblick ins Brennstoffzellensystem ermöglicht. Da Brennstoffzellen komplexe und gekapselte Systeme sind, ist eine direkte Messung des Komponenten-Zustands während des Betriebs nicht möglich. Johanna Bartlechner entwickelte eine softwarebasierte Lösung, die physikalische Modelle und Sensordaten nutzt, um den Zustand mehrerer kritischer Komponenten in Echtzeit zu schätzen – eine Herausforderung, die sowohl in der Forschung als auch in der Industrie große Aufmerksamkeit erhält.

Johanna Bartlechner forscht im Team am Institut für Mechanik und Mechatronik der TU Wien, das sich auf fortschrittliche Regelungskonzepte für emissionsfreie Antriebssysteme spezialisiert hat. Die von Professor Stefan Jakubek und Professor Christoph Hametner geleitete Gruppe entwickelt innovative Regelungsansätze auf allen Systemebenen – stets mit einem starken Fokus auf Praxistauglichkeit und technologischem Fortschritt.

„Diese Auszeichnung ist eine hochverdiente Anerkennung für Johannas herausragende Arbeit“, sagte Professor Stefan Jakubek. „Ihre Forschung ist nicht nur wissenschaftlich exzellent, sondern adressiert auch zentrale praktische Herausforderungen auf dem Weg zu einer sauberen und effizienten Mobilität.“

Weitere Infos

• Forschungsschwerpunkt Brennstoffzellen auf unserer Webseite E325
• Bartlechner, Johanna, Martin Vrlić, Christoph Hametner, and Stefan Jakubek. "State-of-Health observer for PEM fuel cells—A novel approach for real-time online analysis." International Journal of Hydrogen Energy (2024).
• Bartlechner, Johanna, Christoph Hametner, and Stefan Jakubek. “Health-conscious MPC for PEM fuel cells considering main degradation mechanisms of cathode catalyst.” Proceedings of the 11th IFAC Symposium on Advances in Automotive Control, Eindhoven, Netherlands (2025).