BZ_Turbolader - Entwicklung eines rekuperativen Luftladesystems für Brennstoffzellen

Abstract

Im Rahmen des in diesem Bericht vorgestellten Dreijahresprogramms wurde ein elektrifiziertes Luftversorgungssystem für Brennstoffzellen entwickelt, das die Technologie von Radialverdichtern und Turbinenrekuperation als energieeffizienteste Technologien für diese Zwecke nutzt. In dem werteoptimierenden Entwicklungsprojekt wurden neue technische Lösungen zur Optimierung der Produktkosten und zur Reduzierung des Produktgewichts durch größtmögliche Vereinfachung und Funktionenintegration entwickelt und einer Verifizierung sowie vorläufigen Validierung unterzogen. Die systematische und konsequente Anwendung des Form-Funktions-Mappings nach der Identifizierung der Kostentreiber während Fertigung und Montage führte zu einer deutlichen Reduzierung der prognostizierten Produkt- und Fertigungskosten. Der V-Zyklus wurde konsequent angewendet, wobei die Design-Struktur-Matrix zur Definition der effektivsten Verifizierungs- und Validierungsaktivitäten genutzt wurde. Die Zielvorgabe der technischen Reifgraderhöhung wurde erreicht. Basierend auf den vorliegenden experimentellen Untersuchungen an den Bauteilen, den Komponenten, der Gesamtmaschine sowie am Brennstoffzellensystem konnten das Konzept und die Architektur der Konstruktion erfolgreich bestätigt werden. Die durchgeführte Validierungskampagne bestätigte die Machbarkeit dieser neuen Architektur eines Brennstoffzellen-Luftkompressors mit Rekuperation. Die Leistungsziele für einen 150-kW-Brennstoffzellenantrieb wurden erfüllt. Mit der Entwicklung des AC+eR Turboladers für mobile Brennstoffzellen liefern die Projektpartner einen entscheidenden Beitrag, zur Steigerung der Kostenattraktivität von nachhaltigen Transportlösungen. Die gelieferten Ergebnisse unterstreichen, wie fortschrittliche Technologie dazu beitragen kann, wasserstoffbetriebene Lösungen trotz anhaltender Infrastrukturprobleme der Realisierbarkeit näher zu bringen. Within the framework of the three-year program presented in this report, an electrified air supply system for fuel cells was developed that utilizes radial compressor technology and turbine recuperation as the most energy-efficient technologies for these purposes. In this value-optimizing development project, new technical solutions for optimizing product costs and reducing product weight through maximum simplification and functional integration were developed and subjected to verification and preliminary validation. The systematic and consistent application of form-function mapping after identifying cost drivers during manufacturing and assembly led to a significant reduction in projected product and manufacturing costs. The V-cycle was consistently applied, using the design-structure matrix to define the most effective verification and validation activities. The objective of increasing technical maturity was achieved. Based on the available experimental investigations, the design concept and architecture were successfully validated. Consistent functional integration and design simplification lead to a significant reduction in weight and thus in component costs. Attractive product costs were achieved by reducing the number of components and consistently considering manufacturing and assembly in every phase of the project. With the development of the AC+eR turbocharger for mobile fuel cells with approximate system power of 150kW, the project partners are making a decisive contribution to increasing the cost-effectiveness of sustainable transportation solutions. The results underscore how advanced technology can help bring hydrogen-powered solutions closer to feasibility despite ongoing infrastructure challenges.