Lebensdauersimulation von Ionenaustauschfiltern

Entwicklung und Validierung eines Simulationsmodells zur Vorhersage der Lebensdauer eines Ionenaustauschfilters

Kurzbeschreibung

Ob in Pkw, Nutzfahrzeugen, Booten oder Sonderanwendungen: Elektrifizierte Antriebsstränge wie Brennstoffzellen, Batteriesysteme, Elektromotoren und Leistungselektronik müssen vor Überhitzung geschützt werden und bedürfen daher einer effizienten Kühlung, um ihre Langlebigkeit und Sicherheitsanforderungen zu gewährleisten. Dabei hängen die Eigenschaften des Kühlmediums, insbesondere die elektrische Leitfähigkeit, stark von den Randbedingungen wie z.B. der Temperatur und der Alterung des Kühlmittels ab und müssen bereits bei der Auslegung des Antriebsstrangs sowie der Erstellung des Wartungsplans berücksichtigt werden. Kühlflüssigkeiten wie Wasser-Glykol-Mischungen, fluorierte Flüssigkeiten oder Kühlöle werden häufig für diesen Zweck verwendet. Um Effekte wie Korrosion und elektrische Kurzschlüsse zu vermeiden, müssen diese Flüssigkeiten ihre dielektrischen Eigenschaften über die vorgesehene Betriebszeit beibehalten. Da Verunreinigungen wie Wasser, metallische Partikel oder Ionen zu einem Abbau der dielektrischen Eigenschaften führen können, ist der Einsatz von Filtern oder Abscheidern in Kühlkreisläufen üblich. Da diese Filter oder Abscheider nur eine begrenzte Menge an Verunreinigungen entfernen können, setzt die wissensbasierte Auslegung eines Filters oder Abscheiders voraus, dass die Art und die zu erwartende Menge der Verunreinigungen für das vorgesehene Wechselintervall bekannt sind. Kleine und mittelständische Unternehmen verfügen in der Regel nicht über diese Informationen.

Ziele des Projekts

Ziel des Projekts ist es, ein Verfahren bereitzustellen, um ein mögliches Wechselintervall eines Filters oder eines Separators mit seiner Speicherkapazität korrelieren zu können. Als erste Anwendung soll der Eintrag von Ionen in Kühlmedien für Brennstoffzellen-Systeme sowie deren Entfernung mittels Ionentauscher-Filtern untersucht werden. Dabei soll ein Modell entstehen, das individuell an verschiedene Systemarchitekturen angepasst und skaliert werden kann. Damit sollen sich sowohl der Aufwand für die Entwicklung und Erprobung als auch die Entwicklungszeiten reduzieren.

Arbeitsaufgaben OWI

• Sammlung von Daten über Kühlmittel, technische Komponenten und Materialien sowie Analyse möglicher Ursachen für Ausfälle.
• Ermittlung weiterer Daten durch Vorversuche
• Entwicklung von statischen und dynamischen Methoden und Experimenten, die die Bestimmung der Ionenfreisetzung einzelner Komponenten oder Materialien der definierten Brennstoffzellen-Antriebsstränge sowie die Korrosion ermöglichen.
• Erstellung vereinfachter physikalischer Modelle der technischen Komponenten
• Experimentelle Validierung der Modelle auf Komponentenebene

Durchführende Forschungsstellen

• OWI Science for Fuels gGmbH
• RWTH Aachen University, Lehrstuhl für Thermodynamik mobiler Energiewandlungssysteme

Projektförderung

Das Forschungsvorhaben wurde von der FVV e. V. im Rahmen der Industriellen Gemeinschaftsforschung initiiert und wird vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz finanziell gefördert (Projektnummer IGF 22397 N). Ein Ausschuss aus Vertretern der Industrie unter der Leitung von Dr. Michael Harenbrock, Principal Expert Electric Mobility der MANN+HUMMEL GmbH, begleitet das Vorhaben.

Projektlaufzeit

06/2022 bis 11/ 2024

Kontakt

M.Sc. Karin Engeländer
Tel.: 02407/ 9518-148
E-Mail: K.Engelaender@owi-aachen.de

Zur Pressemeldung zum Auftakt des Projekt