Forschung: Simulation eines Brennstoffzellensystems

Motivation

Abb. 1: Prototyp des Brennstoffzellenlastwagen GenH2 (Quelle: Daimler Truck AG)

Brennstoffzellenfahrzeuge sind Teil der Elektromobilität
Stromerzeugung für Elektromotor durch Brennstoffzellen im Fahrzeug während der Fahrt
Vorrangig für Lastwagen im Schwerlastverkehr bei gleichzeitig großer Reichweite als Alternative zu sehr großen und somit schweren Batterien
Verbesserung des Wirkungsgrads und der Leistungsfähigkeit durch Simulation des Betriebs der Brennstoffzelle in Kombination mit den unmittelbar notwendigen Komponenten im Fahrzeug

Periphere Systemkomponenten: Gasversorgung (Luft und Wasserstoff)

Abb.2: Übersicht über das Brennstoffzellensystem, auf der linken Seite die Luftversorgung und -konditionierung, rechts die Wasserstoffseite. Der Brennstoffzellenstack als zentrales Element befindet sich dazwischen.

Modellierung der relevanten Komponenten: Verdichter, Ventile, Pumpen, Wärmeübertrager etc.
Erfassung des stationären Betriebs und Verhaltens bei Lastwechsel
Validierung der Komponentenmodelle anhand von Messdaten
Einbindung in eine Betriebsstrategie, anschließende Anpassung an das Zellverhalten und den Anwendungsfall

Brennstoffzellen- und Stackmodell: Herzstück zur Bereitstellung elektrischer Leistung

Abb.3: Schematischer Aufbau eines Brennstoffzellenstacks. Die Brennstoffzelle (Kathode, Membran und Anode) wird auf beiden Seiten mit einer separaten Gasdiffusionsschicht versehen. Die Gasversorgung erfolgt über die Gaskanäle der Bipolarplatten. Diese Platten verbinden die in Reihe geschalteten Zellen zu einem Stack.

Modellierung des elektrochemischen Verhaltens der Brennstoffzelle
Abbildung des Fluidverhalten innerhalb der Gaskanäle entlang der Zelle
Temperaturmanagement des Stacks mittels Kühlwasser
Validierung anhand von Prüfstands-Messdaten

Promotionsthema
Titel	Ansprechperson
Simulation eines Brennstoffzellensystems	Tobias Goosmann, M.Sc.

Ausgeschriebene Arbeiten
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