Verbundprojekt: DigiTain: Digitalization for sustainability; Teilvorhaben Modellierung, Test, Absicherung und Bewertung des Stoffinventars eines Brennstoffzellensystems für den Fahrzeugantrieb

Abstract

Das ZSW war wesentlich in das Arbeitspaket 5 Brennstoffzelle eingebunden. Die Hauptaufgabenstellungen bestanden in der Entwicklung eines Degradationsmodells für Brennstoffzellenstacks, das Katalysatoralterung und Membranalterung berücksichtigt. Weitere Beiträge bestanden in der Definition eines Brennstoffzellensystems, dessen Realisierung über einen Systemlieferanten sowie Beiträge zu Vortests und Zuarbeiten zur Lebenszyklusanalyse, spezifisch der Zusammenstellung eines Stoffinventars. Die Arbeiten zum Lebensdauermodell für Brennstoffzellenstacks basierte auf den Ergebnissen vorangegangener Forschungsprojekte. Das Modell wurde im Projekt erfolgreich um ein Katalysatoralterungsmodell und um ein Membranalterungsmodell erweitert. Ferner wurden Schnittstellen zum AVL Systemmodell entwickelt. Als Brennstoffzellensystem für das Demonstrationsfahrzeug für das Projekt DigiTain wurde zum Zeitpunkt der Antragstellung das Modell FCPM 50 von op-mobility ausgewählt. Hierbei handelt es sich um ein nach den Kriterien des EU SASSH-Projekts konstruierten und gebautes Modul mit einer Leistung bis zu 50 kW. Das System wurde mit standardisierten Schnittstellen für den Einsatz und die Einbauräume in leichten Nutzfahrzeugen entwickelt. Die Entscheidung für das FCPM 50 erfolgte, da das es als Range Extender im Demonstrationsfahrzeug eingesetzt werden sollte. Die endgültige Auswahl des Demonstrationsfahrzeugs erfolgte erst während der Projektlaufzeit. Schwierigkeiten bei der Integration des FCPM 50 Systems in den vorhandenen Einbauraum erforderten eine Umplanung, die abschließend zur Anpassung eines durch den Partner GreenIng im Rahmen eines anderen Förderprojekts entwickelten Systemkonzepts an die Gegebenheiten des Einbauraums führte. Das System konnte unter Verwendung eines spezifisch für den Zweck angefertigten Brennstoffzellenstapels aufgebaut, getestet und im Fahrzeug einer untergebracht werden. Weitere Arbeiten dienten zur Unterstützung der Arbeitspakete zur Anforderungsdefinition, Systemkonfiguration und zur Zusammenstellung des Stoffinventars für das Brennstoffzellensystem. Die Erstellung des Alterungsmodells für Brennstoffzellenstacks basierte auf Vorarbeiten am ZSW. Das Modell wurde in Matlab realisiert. Als Hintergrund wurde umfangreiche am ZSW vorhandene und durch ZSW beschaffte wissenschaftliche Literatur verwendet. Literaturrecherchen erfolgten über einschlägige Datenbanken wie Science Direct, Google Scolar bzw. die Datenbanken von STN. Die Konfiguration und der Aufbau des Brennstoffzellensystems basierte auf zuvor abgeschlossenen Projekten bei ZSW und GreenIng u.a. dem Projekt Skaltabs.