Ziel dieser Arbeit ist es, eine simulationsbasierte Untersuchung des Betriebs eines PEM-Brennstoffzellensystems mit besonderem Fokus auf den Wasserhaushalt zu ermöglichen. In PEM-Brennstoffzellen sind die Wechselwirkungen in Bezug auf den Feuchtehaushalt z.B. von Transportmechanismen, Degradation und Leistung abhängig. Im PEM-Brennstoffzellensystem werden die Wechselwirkungen der Feuchte durch eine mögliche Rezirkulation und/oder eine passive Befeuchtung der Kathode erweitert,
Um diese Abhängigkeiten korrekt darzustellen, wurde ein PEM-Brennstoffzellen Stack-Modell entwickelt, das einerseits einen hohen Grad an Detailtreue und andererseits hohe Anforderungen an die Laufzeit erfüllt, um akzeptable Simulationszeiten für Brennstoffzellensystemsimulationen zu ermöglichen. Der Kern des Modells ist eine neuartige 2-D + 1-D Struktur, die flächenspezifische Bedingungen, wie z.B. trockene Kathodeneinlass- und feuchte Kathodenauslassbedingungen in Abhängigkeit von Gleich- oder Gegenstromstrukturen, löst. Um diesen Anforderungen an die Laufzeit gerecht zu werden, wurde ein numerischer Löser entwickelt, der speziell an die Struktur und den Inhalt angepasst ist.
Das Brennstoffzellenmodell und dessen Möglichkeiten zur Integration in eine Systemsimulation werden in dieser Arbeit vorgestellt. / The aim of this work is to enable simulation based investigation of the operation of a PEM fuel cell system, with the special focus on its water management. For PEM fuel cells their multi-level interaction regarding humidity is characteristic depending e.g. on transport mechanisms, degradation and performance. In the PEM fuel cell system, the interaction of the humidity is further enhanced by a possible recirculation and passive humidification systems of the cathode.
In order to display these dependencies correctly, a PEM fuel cell stack model has been developed, which on the one hand meets high degree of resulting details and on the other hand meets high requirements concerning its runtime, to enable acceptable simulation times for fuel cell system simulations. The core of the model is a novel 2-D + 1-D structure that resolves area specific conditions, such as dry cathode inlet and wet cathode outlet conditions in dependence of co- or counter flow fields. To meet those requirements regarding its runtime a numerical solver has been developed that is specially adapted to the structure and content.
The fuel cell model as well as its possibilities with respect to the integration in system simulation is presented in this work.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:DRESDEN/oai:qucosa:de:qucosa:36184 |
| Date | 25 November 2019 |
| Creators | Bahr, Matthias, Gößling, Sönke, Nickig, Niklas, Beckhaus, Peter |
| Contributors | Technische Universität Chemnitz |
| Source Sets | Hochschulschriftenserver (HSSS) der SLUB Dresden |
| Language | English |
| Detected Language | German |
| Type | info:eu-repo/semantics/acceptedVersion, doc-type:conferenceObject, info:eu-repo/semantics/conferenceObject, doc-type:Text |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | urn:nbn:de:bsz:ch1-qucosa2-357204, qucosa:35720 |
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