Tobias Goosmann, M.Sc.
- Wissenschaftlicher Mitarbeiter
- Simulation eines PEMFC-Systems
- Raum: 317
CS 50.40 - Tel.: +49 721 608-48790
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Institut für Angewandte Materialien - Elektrochemische Technologien (IAM-ET)
Adenauerring 20b
Gebäude 50.40
D-76131 Karlsruhe
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