Simulation

Bei neuen Entwicklungen, wie der Wasserstofftechnologie, sind die Anforderungen an Qualität, Sicherheit und Zuverlässigkeit neuer Produkte besonders hoch. Erschwerend kommt hinzu, dass hinsichtlich fehlender Erfahrungswerte über reale Belastungen und Langzeitauswirkungen von Wasserstoff auf die eingesetzten Materialien die System- und Bauteilauslegung teilweise mit sehr großen Unsicherheiten und damit auch Sicherheitsbeiwerten behaftet ist. Ebenso fehlt es an spezifischen adäquaten Entwicklungs-, Test- und Validierungsmöglichkeiten. Gleichzeitig sind im Kontext immer schnellerer Entwicklungszeiten im globalen Wettbewerb klassische Prototypen-Tests unter realen Einsatzbedingung ein zeitraubender Faktor.

Um diesen hohen und vielfältigen Anforderungen gerecht zu werden, bedarf es sicherer experimenteller Entwicklungswerkzeuge und realitätsnaher digitaler Modelle. Das Ziel dabei ist es, durch geeignete Modellbildungen die Prognosegüte des tatsächlichen Bauteil- und Systemverhaltens so zu erhöhen, dass u. a. die Anzahl prototypischer Systeme reduziert und physische Validierungen durch Simulationen ersetzt werden können.

Im Rahmen des Wasserstoff-Leistungszentrums Hessen "GreenMat4H2" entwickeln Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Fraunhofer LBF moderne experimentelle, numerische und cyberphysikalische Simulations-  und Validierungsmethoden. So werden für Bauteile und Systeme Umweltsimulationen unter elektrischer und mechanischer Last auf teils spezifisch dafür entwickelten Systemen durchgeführt. Ebenso werden Systeme und Subsysteme, wie z. B. Brennstoffzellen, Batterien oder Elemente eines Elektromotors, emuliert und als virtuelle Modelle digitalisiert. Belastungsdaten, basierend auf Fahrbetriebsmessungen, werden in digitalen Simulationsumgebungen und cyberphysikalischen Prüfständen als kombinierte mechanische und elektrische Lasten eingebracht und so die einzelnen Komponenten und Systeme möglichst realitätsnah beansprucht. So können design- und auslegungsrelevante Parametervarianten mit einer hohen Genauigkeit analysiert, bewertet und ausgewählt werden, bevor physische Prototypen, z. B. von Fahrzeugen, erstellt werden.