ARIEL – Dynamik der Energiewandlung – Leibniz Universität Hannover

Motivation und Zielsetzung

Brennstoffzellensysteme benötigen für einen effizienten Betrieb eine präzise geregelte Kathodenluftversorgung, deren Auslegung maßgeblich den Wirkungsgrad, die dynamische Leistungsfähigkeit und die Langzeitstabilität bestimmt. Aufgrund der spezifischen Anforderungen von Brennstoffzellen – wie geringer Temperaturtoleranzen, hoher Feuchtesensitivität und schwankender Lastprofile – müssen Verdichter, Turbine und E-Motor im Aufladeaggregat optimal aufeinander abgestimmt werden. Gleichzeitig erfordern zukünftige Mobilitätsanwendungen erweiterte Betriebsbereiche der Luftversorgung, weshalb kennfelderweiternde Maßnahmen numerisch bewertet und hinsichtlich ihres Einflusses auf Effizienz, Druckverhältnis und thermische Belastungen untersucht werden. Das Projekt ARIEL adressiert diese Herausforderungen durch eine interdisziplinäre Betrachtung der gesamten Luftversorgungskette.

Das TFD entwickelt und erprobt zu diesem Zweck ein elektrisches Brennstoffzellen-Aufladesystem, dessen Komponenten am institutseigenen Prüfstand unter realitätsnahen Bedingungen untersucht werden. Hierbei stehen insbesondere die experimentelle Validierung numerisch identifizierter Maßnahmen zur Kennfelderweiterung, das dynamische Verhalten des Luftversorgungssystems sowie die Wechselwirkungen zwischen Verdichter, Rekuperation und Brennstoffzelle im Fokus. Die gewonnenen Erkenntnisse dienen der Ableitung optimierter Regel- und Auslegungsstrategien und sollen in ein vollständig validiertes, seriennahes Aufladesystem münden. Damit leistet ARIEL einen entscheidenden Beitrag zur Weiterentwicklung effizienter Kathodenluftversorgungssysteme und damit zur Leistungsfähigkeit wasserstoffbasierter Brennstoffzellenantriebe.