Für die Auslegung und Optimierung von Brennstoffzellen-Systemen sind mathematische Modelle ein außerordentlich wichtiges Hilfsmittel. Zur Beschreibung des dynamischen Verhaltens, existiert in der Literatur nur eine geringe Anzahl von Modellen und diese berücksichtigen meistens nur einzelne Effekte im Brennstoffzellenstack]. Die untersuchten Speichereffekte ergeben sich aus dem Elektrodenvolumen, der thermischen Masse des Stacks, der kapazitiven Doppelschicht der Kathode und der Dynamik der Wasseraufnahme der Membran. Über den Volumenansatz zur Bestimmung der aktuellen Gasmenge im Elektrodenvolumen ist es möglich, Voraussagen über das Betriebsverhalten des Stacks bei Unterversorgung mit Gasen zu machen. Aus der thermischen Masse und der Leistungsbilanz ergibt sich der zeitliche Verlauf der Temperatur, so dass man z. B. das Aufheizen und Abkühlen des Stacks bei unterschiedlichen Betriebsbedingungen berechnen kann. Die Berücksichtigung der kapazitiven Doppelschicht ergibt realistische Verläufe der Spannung bei hochdynamischen Lastwechseln. Neben der Untersuchung des stationären und dynamischen Verhaltens bei Variation der Betriebsparameter, können mit dem Modell auch Variationen der Materialparameter des verwendeten Stacks und deren Auswirkungen auf die Leistungsfähigkeit der Brennstoffzelle untersucht werden. Anhand von Simulationen werden die Auswirkungen der Betriebsparametervariationen auf das Stackverhalten gezeigt. Zunächst ist der Verlauf der Zellspannung über der Stromdichte bei Variation der Befeuchtertemperatur und somit der Eintrittsfeuchte dargestellt. Eine geringe Temperatur der Befeuchter bedeutet, dass die zugeführten Gase sehr trocken in die Zelle eintreten und damit den Wassergehalt der Membran verändern. Erwartungsgemäß steigt der Membranwiderstand mit sinkendem Wassergehalt, also sinkender Befeuchtertemperatur. Dies verdeutlicht, dass man stets bemüht sein wird, die Gase sehr feucht in die Zelle zu bringen.


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    Title :

    Modellbasierte Untersuchung des Betriebsverhaltens einer Polymer Elektrolyt Membran Brennstoffzelle


    Additional title:

    Model based investigation of the operational behaviour of a proton exchange membrane fuel cell


    Contributors:


    Publication date :

    2004


    Size :

    11 Seiten, 8 Bilder, 1 Tabelle, 7 Quellen




    Type of media :

    Conference paper


    Type of material :

    Print


    Language :

    German