HyInnoPEM

 

PEM unterstützt die Entwicklung langlebiger Brennstofzellensysteme

Urheberrecht: © RWTH Aachen

Der Lehrstuhl „Production Engineering of E-Mobility Components“ (PEM) der RWTH Aachen hat sich mit zahlreichen Partnern aus der Forschung und der Industrie im Projekt „HyInnoPEM“ zusammengeschlossen. Das Vorhaben rund um „Proton Exchange Membrane“ (PEM)-Brennstoffzellensysteme ist Bestandteil des „Zukunftscluster Wasserstoff“, das vielfältige H₂-Vorhaben entlang der gesamten Wertschöpfungskette vereint, um eine Wasserstoff-Modellregion zu etablieren. Ziel von „HyInnoPEM“ indes ist die Entwicklung einer robusten Regelung für ein hochdynamisches PEM-Brennstoffzellensystem bei gleichzeitig hoher Lebensdauer – vor dem Hintergrund, dass entsprechende Systeme in mobilen Anwendungen bislang nicht in der Breite eingeführt werden konnten.

Hohe Effizienz und Dynamik ohne Verlust bei der Lebensdauer

Trotz zahlreicher Vorteile gegenüber rein elektrischen Antrieben, liegt der Grund dafür vor allem in den höheren Systemkosten. Fachleute rechnen bei einer parallelen Untersuchung und Optimierung der Kosten, Effizienz, Dynamik und Lebensdauer jedoch mit einer zeitnahen Marktdurchdringung von PEM-Brennstoffzellensystemen. Während die Materialwissenschaften und die Produktionstechnik in enger Zusammenarbeit die einzelnen Komponenten des Brennstoffzellenstacks optimieren und durch eine Hochskalierung der Produktion dessen Kosten reduzieren, ist es Aufgabe der Systemingenieure und Regelungstechnik, das PEM-Brennstoffzellensystem bei einer hohen Effizienz und Dynamik zu betreiben, ohne die Lebensdauer zu mindern.

Mathematische Modelle und spätere Wartungsstrategien

Mit Hilfe von Untersuchungen auf den Prüfständen der Forschungs- und Industriepartner sollen mathematische Modelle für den Brennstoffzellenstack und seine Nebenaggregate erstellt und sukzessive für die Anwendung in der Regelung reduziert werden. Diese Modelle sollen neben dem dynamischen Verhalten auch die sogenannte Degradation berücksichtigen. Eine Zustandserfassung und Lebensdauerprognose soll darüber hinaus den Weg für prädiktive Wartungsstrategien ebnen.

Vernetzung mit weiteren Wasserstoff-Projekten

„HyInnoPEM“ soll den Alterungszustand eines PEM-Brennstoffzellensystems in dessen Regelung berücksichtigen und damit die Wettbewerbsfähigkeit verbessern. Durch eine enge Zusammenarbeit mit den Projekten „HyInnoLyze“ (Elektrolyseur), „HyInnoSep“ (Trennverfahren), „HyInnoTank“ (mobile Wasserstoffspeicher), „HyInnoCells“ (Produktion elektrochemischer Zellen) sowie „Projekt HyInnoSys“ (System und Wertschöpfungsketten) wird der gesamte Lebenszyklus des PEM-Brennstoffzellensystems betrachtet. Die Kooperation soll die Übertragung der gewonnenen Ergebnisse aus dem bodengebundenen Verkehr etwa auf die Luftfahrt ermöglichen. Auf Basis der Erkenntnisse der Forschung und der Industrie sollen langfristig auch neue Arbeitsplätze entstehen.

 

Das Projekt

• „HyInnoPEM“: Mobile Antriebe mit zukunftsweisenden Brennstoffzellensystemen – Zustandsüberwachung und robuste Regelung unter Berücksichtigung der Degradation

Forschungsziele

• Entwicklung einer robusten Regelung für ein hochdynamisches PEM-Brennstoffzellensystem bei gleichzeitig hoher Lebensdauer
• Erstellung mathematischer Modelle für den Brennstoffzellenstack und seine Nebenaggregate
• Ganzheitliche Kostenanalyse für die Lebensdauer des Gesamtsystems
• Zustandserfassung und Lebensdauerprognose für die Entwicklung prädiktiver Wartungsstrategien

Forschungs- und Projektpartner

PEM der RWTH Aachen
Lehrstuhl für Thermodynamik mobiler Energiewandlungssysteme (tme) (RWTH Aachen)
Institut für Regelungstechnik (IRT) (RWTH Aachen)
Institut für Strahlantriebe und Turbomaschinen (IST) (RWTH Aachen)
EKPO Fuel Cell Technologies GmbH
Pierburg GmbH
FEV Europe GmbH
Hilite Germany GmbH (assoziierter Partner)

Laufzeit

• 01.10.2021 bis 30.09.2024

Projektträger

Projektträger Jülich (PtJ)

Förderkennzeichen

• -/-

Zuwendungsgeber

Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)