Für die Untersuchung und Entwicklung von PEM-Brennstoffzellensystemen im dynamischen Betrieb sind Kaltstartprozesse von großer Bedeutung. Insbesondere die Bildung von Flüssigwasser und Kondensat bei niedrigen Betriebstemperaturen beeinflussen die Leistungsfähigkeit und den Alterungsprozess von Brennstoffzellen. Daher wird am ZBT ein bereits vorhandenes Brennstoffzellenmodell mit einer 2D-1D-Auflösung aus dem Vorgängerprojekt (Brennstoffzellensystemsimulation - Membranbefeuchtungsmanagement, FVV-Projektnummer 6012982) um die Berücksichtigung von flüssigem Wasser und der Unterscheidung von Diffusionseffekten im Kanal- und Stegbereich erweitert. Um die Echtzeitfähigkeit gewährleisten zu können, wird mit dem Ansatz des maschinellen Lernens eine prädiktive Methode zur Bestimmung der Startbedingungen des deterministischen, numerischen Lösers ausgearbeitet. Am Lehrstuhl für Verbrennungskraftmaschinen (vka) der RWTH Aachen wird das resultierende Brennstoffzellenmodell in einer Gesamtsystemsimulation eingebunden und durch detaillierte mehrdimensionale CFD‑Simulationen ergänzt. Diese CFD-Simulationen fokussieren die Untersuchung der Wasserverteilung innerhalb der Zellschichten, welche aufgrund von Phasenwechselphänomenen als auch Kondensation und Verdunstung von besonderem Interesse für den Kaltstart ist. Die Simulationsergebnisse werden am ZBT mithilfe von experimentellen Messungen an segmentierten Zellen im Kaltstart-Prüfstand validiert. Weiterhin wird am vka das Brennstoffzellensystem mit besonderem Augenmerk auf den Membranbefeuchter, der in Bezug auf den Kaltstart die kritische Peripheriekomponente darstellt, entwickelt.
In diesem Projekt wird ein Modell entwickelt, das in der Lage ist das Kaltstartverhalten von PEM Brennstoffzellen in einer Systemumgebung zu untersuchen. Dieses Modell ermöglich somit einen schnelleren und kostengünstigeren Entwicklungsprozess von Brennstoffzellenfahrzeugen.
