Jet pumps are among the components of automotive FC systems (FCS) whose design need to be optimally tailored in order to improve the system efficiency. We had concluded that the ejector CFD model needed to optimize the design had to meet the requirements of being both complete enough, so that a realistic simulation of the FC system is attained, and computationally light, so that the CFD computations could be run embeded into real-time dynamic simulations of the FCS anode loop. Whereas we previously employed unstructured tetrahedral meshes, leading to excessive cell counts, our present work involves block-structured grids of purely hexahedral cells, resulting in a cell count an order of magnitude smaller. To ease our block-structure strategy, the previous geometry was slightly simplified. Our results agree with performance data already published. / Strahlpumpen gehören zu den Komponenten von Automotive FC-Systemen (FCS), deren Konstruktion optimal zugeschnitten werden muss, um die Systemeffizienz zu verbessern. Wir hatten zu dem Schluss gekommen, dass das Ejector CFD-Modell, das zur Optimierung des Designs benötigte, die Anforderungen des Seins vollständig genug erfüllen musste, so dass eine realistische Simulation des FC-Systems erreicht wird, und rechenlich leicht, so dass die CFD-Berechnungen eingebettet werden könnten Echtzeit-dynamische Simulationen der FCS-Anodenschleife. Während wir zuvor unstrukturierte Tetraedral-Meshes eingesetzt hatten, was zu übermäßigen Zellzählungen führte, beinhaltet unsere vorliegende Arbeit blockstrukturierte Gitter aus rein hexaedrischen Zellen, was zu einer Zelle führt, die eine größere Größenordnung darstellt. Um unsere Blockstrukturstrategie zu erleichtern, wurde die vorherige Geometrie leicht vereinfacht. Unsere Ergebnisse stimmen mit bereits veröffentlichten Leistungsdaten überein.

<p>Die Brennstoffzelle ist ein elektrochemischer Reaktor und wandelt chemisch gebundene Energie direkt in elektrische Energie um. In der stationären Energieerzeugung ist der Brennstoffzellenstapel selbst nur ein kleiner Bestandteil des vollständigen Systems. Die Integration aller zusätzlichen Bestandteile, der Peripheriegeräte (Balance-of-Plant) (BoP), ist eine der Hauptaufgaben in der Studie der Brennstoffzellenkraftwerke.</p><p>Diese Untersuchung betrifft die Systemstudie des auf der Schmelz-Karbonat-Brennstoffzelle (MCFC) basierten Kraftwerks. Die Systemstudie ist mit dem Simulationprogramm Aspen PlusTM durchgeführt worden.</p><p>Artikel I beschreibt die Implementierung eines in Aspen PlusTM entwickelten MCFC Stapelmodells, um ein MCFC Kraftwerk zu studieren, das Erdgas als Brennstoff verwendet.</p><p>Artikel II beschreibt, wie unterschiedliche Prozeßparameter, wie Brenngasnutzung und dieWahl des Brennstoffes, die Leistung eines MCFC Kraftwerks </p> / <p>A fuel cell is an electrochemical reactor, directly converting chemically bound energy to electrical energy. In stationary power production the fuel cell stack itself is only a small component of the whole system. The integration of all the auxiliary components, the Balance-of-Plant (BoP), is one of the main issues in the study of fuel cell power plants.</p><p>This thesis concerns the systems studies of molten carbonate fuel cell (MCFC) based power plants. The system studies has been performed with the simulation software Aspen PlusTM.</p><p>Paper I describes on the implementation of a developed MCFC stack model into Aspen PlusTM in order to study an MCFC power plant fueled with natural gas.</p><p>Paper II describes how different process parameters, such as fuel cell fuel utilization, influence the performance of an MCFC power plant.</p> / <p>Bränslecellen är en elektrokemisk reaktor som kan direkt omvandla kemiskt bunden energi till elektrisk energi. I stationär kraftproduktion är själva bränslecellsstapeln endast en mindre komponent i systemet. Integrationen av kringutrustningen, den s.k. Balance-of-Plant (BoP), som tex. pumpar, kompressorer och värmeväxlare är en av huvudfrågeställningarna i studierna av bränslecellskraftverk. Denna avhandling avser systemstudier av mältkarbonatbränslecellsbaserade (MCFC) kraftverk. Systemstudierna har utförts med processimuleringprogramet Aspen PlusTM.</p><p>Artikel I beskriver en utvecklad MCFC-cellmodell, som implementeras som "user model" i Aspen Plus, för att studera ett naturgasbaserat bränslecellskraftverk.</p><p>Artikel II beskriver hur olika processparametrar, som tex bränsleutnyttjande och val av bränsle, påverkar ett MCFC-kraftverks prestanda.</p>

The development of PEM fuel cell systems can be further improved, if the interactions between the different development levels are considered. The IPEK X-in-the-loop approach allows connecting the operating conditions measured locally at the fuel cell components, like the bipolar plate with data from the drivetrain and the fuel cell system. Measurement data taken from micro sensors can be transmitted to control the fuel cell system components. The mixed virtual-physical approach allows emulating different types of components instantly and facilitates the optimization of fuel cell components and operating strategies. With this development method the fuel cell and the fuel cell system components as well as the operating controls can be improved with respect to power dynamics, power density and lifetime.

Die Brennstoffzelle ist ein elektrochemischer Reaktor und wandelt chemisch gebundene Energie direkt in elektrische Energie um. In der stationären Energieerzeugung ist der Brennstoffzellenstapel selbst nur ein kleiner Bestandteil des vollständigen Systems. Die Integration aller zusätzlichen Bestandteile, der Peripheriegeräte (Balance-of-Plant) (BoP), ist eine der Hauptaufgaben in der Studie der Brennstoffzellenkraftwerke. Diese Untersuchung betrifft die Systemstudie des auf der Schmelz-Karbonat-Brennstoffzelle (MCFC) basierten Kraftwerks. Die Systemstudie ist mit dem Simulationprogramm Aspen PlusTM durchgeführt worden. Artikel I beschreibt die Implementierung eines in Aspen PlusTM entwickelten MCFC Stapelmodells, um ein MCFC Kraftwerk zu studieren, das Erdgas als Brennstoff verwendet. Artikel II beschreibt, wie unterschiedliche Prozeßparameter, wie Brenngasnutzung und dieWahl des Brennstoffes, die Leistung eines MCFC Kraftwerks / A fuel cell is an electrochemical reactor, directly converting chemically bound energy to electrical energy. In stationary power production the fuel cell stack itself is only a small component of the whole system. The integration of all the auxiliary components, the Balance-of-Plant (BoP), is one of the main issues in the study of fuel cell power plants. This thesis concerns the systems studies of molten carbonate fuel cell (MCFC) based power plants. The system studies has been performed with the simulation software Aspen PlusTM. Paper I describes on the implementation of a developed MCFC stack model into Aspen PlusTM in order to study an MCFC power plant fueled with natural gas. Paper II describes how different process parameters, such as fuel cell fuel utilization, influence the performance of an MCFC power plant. / Bränslecellen är en elektrokemisk reaktor som kan direkt omvandla kemiskt bunden energi till elektrisk energi. I stationär kraftproduktion är själva bränslecellsstapeln endast en mindre komponent i systemet. Integrationen av kringutrustningen, den s.k. Balance-of-Plant (BoP), som tex. pumpar, kompressorer och värmeväxlare är en av huvudfrågeställningarna i studierna av bränslecellskraftverk. Denna avhandling avser systemstudier av mältkarbonatbränslecellsbaserade (MCFC) kraftverk. Systemstudierna har utförts med processimuleringprogramet Aspen PlusTM. Artikel I beskriver en utvecklad MCFC-cellmodell, som implementeras som "user model" i Aspen Plus, för att studera ett naturgasbaserat bränslecellskraftverk. Artikel II beskriver hur olika processparametrar, som tex bränsleutnyttjande och val av bränsle, påverkar ett MCFC-kraftverks prestanda. / QC 20101129

A top-down approach is presented to achieve cost reduction and optimization of the fuel cell system for a medium duty truck. Key inputs are customer usage and drive cycles leading to optimization of power and torque needs, followed by a three-way optimization between fuel cell system, hydrogen storage and battery size. This is supported by technological developments to reduce component costs / Ein Top-Down-Ansatz zur Reduzierung der Kosten des Brennstoffzellensystems eines Lastkraftwagens wird vorgestellt. Haupteingangsdaten, wie Kundenfahrzyklen und Verbrauch werden benutzt erforderliche Leistung und Drehmoment zu ermitteln und optimieren. Ein Optimierungsverfahren zwischen dem BZ System, dem Wasserstoffspeicher und der Batterie folgt um einen optimierten E-Antriebsstrang für das Fahrzeug darzustellen. Der Prozess wird von technologischen Fortschritten untermauert, um weitere Kostenreduzierung auf Komponentenebene zu erreichen.