Software

Simulation und Modellierung von PEM-Brennstoffzellen

Komponenten und Systeme

Leistung, Effizienz, Langlebigkeit und Kosten im Griff - von Beginn an.

PEM Fuel Cell Simulation - AVL FIRE™ M

Um ein wirklich effizientes und langlebiges Polymerelektrolyt-Brennstoffzellensystem (PEM) zu entwickeln, müssen Ingenieure Einblicke in die Basis des Systems – die Zelle – haben. Der Transport von Wasser- und Sauerstoff, die elektrochemischen Reaktionsprozesse, die Membranstruktur, die Alterungsmechanismen, die Versorgung der Zellen im Brennstoffzellenstapel und vieles mehr sind entscheidend für Energiedichte, Wirkungsgrad und Haltbarkeit. Diese Ziele stehen jedoch oft im Widerspruch zueinander.

Erfahren Sie, wie Sie mit Hilfe von Simulationswerkzeugen und -methoden von Anfang an mit Zielkonflikten umgehen können.

Die treibende Kraft bei der Entwicklung ist es, die höchstmögliche Leistung bei größtmöglicher Haltbarkeit und Effizienz zu den geringstmöglichen Kosten zu erreichen. Klingt unmöglich? Zumal hinter diesen Zielen komplexe Zusammenhänge stehen.

Sind das Systemkonzept und die Anforderungen an Subsysteme und Komponenten definiert, geht es um Optimierung. Um ein perfekt funktionierendes System zu erhalten, muss man sich neben der Gestaltung des Anoden-/Kathodenflussfeldes auch mit den Kühlkanälen und der Optimierung des Kühlmitteldruckverlustes auf Zell- und Stapelebene befassen. Die Komponenten der Membranelektronenanordnung (MEA) und die Medienverteilungsplatte müssen ebenfalls genauer betrachtet werden.

Auf der Systemebene können dann die Balance-of-Plant-Komponenten (BoP) - Auswahl und Dimensionierung von Verdichter, Befeuchter und Ejektortechnik, die Gesamtauslegung des Kühlsystems und natürlich die Kalibrierung der Regelstrategie - abgestimmt werden.

Fuel Cell Simulation

Leistungsdichte

Erfordert das Anoden- und Kathodenflussfeld, das Kühlsystem, beginnend mit den Kühlkanälen und BoP-Komponenten zu optimieren.

Effizienz

Neben der konzeptionellen Auslegung des Brennstoffzellensystems sind die richtige Auswahl der MEA, die Reduzierung des Druckabfalls im Kühlmittelfluss und die Dimensionierung der BoP-Komponenten entscheidend.

Haltbarkeit

Ein gut gekühltes System, die optimale Medienverteilung und Regelungsstrategie sind ausschlaggebend.

Kosten

Physische Entwicklungsarbeit und Tests erfordern Prototypen, Testumgebungen, Zeit und Arbeitskräfte.

Um das Risiko von Konflikten im Hinblick auf Energiedichte, Wirkungsgrad und Haltbarkeit zu minimieren, können Sie ein Brennstoffzellensystem von Beginn an ganzheitlich entwickeln. Simulation eignet sich insbesondere diese Ziele bereits ab dem ersten Konzept zu berücksichtigen, noch weit bevor es überhaupt einen Prototypen gibt. 

Unsere Ein-Plattform-Lösung ermöglicht dabei das ideale Zusammenspiel von 3D-Multi-Physik-CFD und System Simulation. (Mehr erfahren) Sie können die Software von den ersten Entwicklungsschritten über den gesamten V-Prozess hinweg einsetzen. Optimieren Sie Effizienz und Leistung mit Leistungs- und Degradationsmodellen für PEM-Brennstoffzellenstapel. Mit der Option Systemsimulation ist die Entwicklung und Kalibrierung von FCCU-Funktionen in SiL- und HiL-Umgebungen dank der vollen Echtzeitfähigkeit kein Problem.

PEM Fuel Cell Simulation - AVL FIRE™ M 01

Skalierbare Simulationslösung

Begleitet Sie im gesamten Entwicklungsprozess der PEM Brennstoffzelle.

Konsistente PEM Brennstoffzellenstapel-Leistungs- und Degradationsmodelle

3D-Multi-Physik-CFD- und Systemsimulationen liefern genaue Informationen über die maßgeblichen Degradationsprozesse im Stack und ermöglichen die Bewertung ihrer Auswirkungen auf die globalen Alterungsmerkmale unter dynamischen Betriebsbedingungen.

Ein-Plattform-Lösung

Erleichtert es Daten zwischen Tools und Teams auszutauschen. Zusätzlich unterstützt durch die gemeinsame grafische Benutzeroberfläche (GUI).

Degradationsmodelle

Unser CFD Tool, AVL FIRE™ M, bietet Ihnen eine Auswahl von Degradationsmodellen:

  • Chemisch-kinetische Modelle für den Abbau von Katalysatorschichten
  • Chemisch-kinetische Modelle für die Alterung von Membranen (Ionomer)
  • Halbphysikalisches mechanisches Degradationsmodell

Komponenten Bibliothek

AVL CRUISE™ M, unsere System Simulationsoftware, stellt Ihnen realitätsgetreue, echtzeitfähige Komponentenmodelle für den Einsatz in den verschiedenen Systemdomänen zur Verfügung. 

  • Balance-of-Plant
  • Kühlsystem
  • Elektrisches, thermisches und Kontrollnetzwerk

Balance-of-Plant (BoP) Komponentenmodelle

Damit Sie ein System optimal auslegen können, verfügt CRUISE M über skalierbare BoP-Komponenten wie Kompressor, Befeuchter, Wasserabscheider, Injektor/Ejektor, H2-Tank und viele mehr.

AVL White Paper - Virtual Fuel Cell Performance and Lifetime Optimization - From Component to Vehicle Level

Laden Sie unser White Paper herunter, um herauszufinden, wie AVL eSUITE™ OEMs und Zulieferern hilft, die beste Leistung und längste Lebensdauer dieser sauberen Energiequelle zu erzielen.

Das White Paper ist in englischer Sprache verfasst. 

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AVL Customer Case Study - Simulation von Brennstoffzellen-systemen ZBT

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AVL FIRE™ M
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AVL CRUISE™ M
AVL CRUISE™ M

Daten geben einem die Sicherheit zweifelsfrei zu entscheiden, welche Konzepte weiterverfolgt werden. Besonders wichtig ist eine solide Datengrundlage, wenn Mobilitätskonzepte unter gleichzeitiger Berücksichtigung mehrerer Faktoren bewertet werden. Genau dafür steht AVL CRUISE™ M.

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