Erweitertes Kühlerdesign mit Wassereinspritzung zur Steigerung der Kühlleistung in FCEV

Autoren

C. Frühwirth, R. Lorbeck, E. Schutting, H. Eichlseder, Institut für Thermodynamik und nachhaltige Antriebssysteme (ITnA), Technische Universität Graz

Jahr

2025

Druckinfo

Eigenproduktion ÖVK

Zusammenfassung

Das Thermomanagementsystem in brennstoffzellenelektrischen Fahrzeugen (FCEV) ist durch eine besonders hohe Komplexität charakterisiert. Neben der Optimierung der Energieeffizienz des Fahrzeugs ist die Realisierung von hohen Kühlleistungen für die Brennstoffzelle unter anspruchsvollen Betriebsbedingungen eine wesentliche Herausforderung. In dieser Arbeit wird ein erweitertes Brennstoffzellen-Kühlkonzept mit wassereinspritzungsunterstützter Kühleranordnung untersucht, wobei dessen Leistungsfähigkeit und Energiebedarf innerhalb einer FCEV Gesamtfahrzeug-Co-Simulation analysiert werden. Als Referenz wird die Gesamtfahrzeug-Co-Simulation zunächst für ein brennstoffzellenelektrisches Fahrzeug der aktuellen Generation entwickelt. Durch die Erweiterung von thermohydraulischen Fluidkreisläufen in der Thermomanagement-Software KULI mit mathematisch-physikalischen Modellen in MATLAB/Simulink, sowie durch die Integration anspruchsvoller Modellierungsmethodiken für Brennstoffzelle, Antriebsstrang und Fahrzeuginnenraum, werden die Auswirkungen verschiedenster Betriebsbedingungen auf die Fahrzeugkenndaten mit hoher Detaillierung untersucht. Das untersuchte erweiterte Kühlkonzept integriert eine Wassereinspritzung vor dem Kühlmittelkühler des Stacks, um den Effekt der Verdunstungskühlung gezielt zu nutzen. Zur Analyse wird dieses Design ebenfalls umfassend modelliert und in die Gesamtfahrzeugsimulation des Benchmarks integriert. Die Ergebnisse aus dem Vergleich mit dem Referenz-Setup demonstrieren die Leistungsfähigkeit des erweiterten Kühlerdesigns mit Wassereinspritzung zur Ausweitung des zulässigen Betriebsbereichs eines FCEV, insbesondere bis hin zu hohen Umgebungstemperaturen und anspruchsvollen Fahrszenarien. Diese Erkenntnisse bilden die Grundlage für weitere Forschung und experimentelle Untersuchungen.

ISBN

978-3-9504969-4-9

DOI

https://doi.org/10.62626/13sw-ys6e Link kopieren

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