Wie bei Globe das perfekte Bauteil gefunden wird

Die Realisierung des Brennstoffzellensystems erfordert zunächst eine sorgfältige Auswahl der Komponenten. Anhand eines spezifischen Anforderungsprofils analysiert das Team zahlreiche Komponenten auf dem Markt, um ihre Eignung für eine bestimmte Anwendung zu bestimmen.

Ein großer Teil der Vorarbeit bei der Entwicklung von Brennstoffzellensystemen besteht darin, eine Komponente zu identifizieren und zu versuchen, sie mit der Simulation abzugleichen. Dieser Prozess hilft bei der Entscheidung, ob das Bauteil wirklich geeignet ist oder ob es den Anforderungen des Systems nicht gerecht werden kann. Was auch immer das Ergebnis sein mag, der wichtigste Aspekt ist, dass Globe durch den Einsatz der Simulation in der Lage ist, diese Entscheidung sehr früh im Entwicklungsprozess zu treffen.

Das wiederum kommt den Zulieferern zugute. Denn nur weil ein Bauteil in der engeren Auswahl ist, muss es noch lange nicht die perfekte Lösung für die Anforderungen des Brennstoffzellensystems von Globe sein. Ein Bauteil mit einem Massendurchsatz von 95 Prozent ist zum Beispiel vielleicht noch in der Lage, zu funktionieren. In diesem Fall ist der Einsatz von Ansys-Tools von unschätzbarem Wert. Die Simulation hilft Globe, Unklarheiten zu beseitigen und das Potenzial einer Komponente genau zu analysieren.

Wie Simulation das Brennstoffzellensystem optimiert

Sobald alle Komponenten an ihrem Platz sind, simuliert Globe den einzelnen Systemkreislauf, jede einzelne Komponente und schließlich das gesamte geschlossene Kreislaufsystem.

• Mit Ansys Spaceclaim wird die Berechnung für die Vernetzung vorbereitet, damit sie für die numerische Strömungsmodellierung in Ansys Fluent verwendet werden kann. Das ist der Schlüssel zur Berechnung und Validierung einer Vielzahl von Strömungsphänomenen im geschlossenen Loop-System von Globe.

• Ansys Mechanical wird auch für die Strukturanalyse des gesamten Brennstoffzellensystems verwendet.

• Da die Kühlung eines der wichtigsten Merkmale des Brennstoffzellensystems ist, wird zunächst der Kühlkreislauf getestet. Die Simulationsergebnisse werden verwendet, um eine bestimmte Delta-Temperatur zu erreichen, die für das Wärmemanagement des Brennstoffzellenstapels sehr wichtig ist.

• Daraus kann die notwendige Luftzirkulation im Gesamtsystem bestimmt werden.

• Abschließend wird simuliert, wie das gesamte System verpackt sein muss, um ein optimales Systemdesign zu erreichen.

Mithilfe der Software Ansys ist eine schnellere Optimierung des Brennstoffzellensystems möglich, da eine konkrete Untersuchung der Prozesse möglich ist. Die Simulation ermöglicht es beispielsweise, nicht nur die Leistung des einzelnen Kreises zu verfolgen, sondern auch, wie er als Teil des gesamten Kreislaufsystems arbeitet.

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Wo Simulation im PEP Komplexität und Kosten senkt

Der wahrscheinlich größte Vorteil digitaler Tests bei der Validierung von Wasserstoff-Brennstoffzellensystemen ist die Möglichkeit, sowohl die Komplexität als auch die Kosten des Prozesses zu minimieren, der mit einer physischen Testschleife verbunden ist, bei der Prototypen des gesamten Systems zusammengebaut werden müssten. Mit Simulation ist es möglich, nach nur einer statt drei Testschleifen zu den gleichen Schlussfolgerungen zu gelangen.

Die Zeitersparnis bei der Simulation wirkt sich auch auf die Kommunikation zwischen den Teams während der Entwicklung aus. Um beispielsweise ein Stack-Modul oder eine Wasserpumpe zu implementieren, mussten früher drei physikalische Testreihen und viele Gespräche mit dem Verpackungsteam stattfinden, um festzustellen, ob eine Komponente tatsächlich den ursprünglichen Anforderungen entsprach.

Schließlich ist die Simulation sehr gut geeignet, um den agilen Ansatz von Globe, Brennstoffzellensysteme zu entwickeln, zu unterstützen. Sie bietet während des gesamten Entwicklungsprozesses eindeutige Echtzeitdaten, die mühelos an alle Projektbeteiligten weitergegeben werden können. Der nahtlose Datenaustausch bringt verschiedene Teams zusammen und ermöglicht eine bessere Zusammenarbeit.

* Sunil Patil, Industry Lead, Turbomachinery and Propulsion bei Ansys; Sunil ist verantwortlich für das technische Management von Kundenaufträgen, neue Lösungsentwicklungen und interne Produktplanung. Zuletzt konzentrierte er sich auf das Wasserstoffökosystem, von der Erzeugung über Lagerung und Transport bis zur Endnutzung in Gasturbinen und Brennstoffzellen.

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