Systemzuverlässigkeit

Ein wesentliches Anwendungsszenario von Wasserstoff ist dessen Nutzung in Brennstoffzellen zum Betrieb von Fahrzeugen sowohl im Personen- als auch im Güterverkehr. Die Belastungen und Beanspruchungen auf Brennstoffzellen und deren Peripherie sowie die sich daraus ergebende Lebensdauer der Komponenten sind vielfach noch nicht hinreichend untersucht. Ein Schwerpunkt der Arbeiten im Leistungszentrum ist es daher, entsprechende Daten zu ermitteln und daraus Lebensdauerabschätzungen für Brennstoffzellensysteme durchzuführen.

Hierfür steht den Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern am Fraunhofer LBF eine umfassende Mess-, Test- und Validierungsinfrastruktur zur Verfügung. In der Kombination von Modellierung und Simulation mit experimentellen Methoden der Betriebsfestigkeits- und Zuverlässigkeitsbewertung erarbeiten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Fraunhofer LBF im Rahmen des Leistungszentrums Lösungen zur betriebsnahen, multiphysikalischen (thermisch, elektrisch und mechanisch) Validierung der Lebensdauer von z. B. Brennstoffzellen-Batterie-Systemen für Anwendungen in der Mobilität.

Die Forschungsarbeiten umfassen neben Korrosionsuntersuchungen, Umweltsimulationen und Zuverlässigkeitsbewertungen, unter Berücksichtigung von Betriebseinflüssen und realen Beanspruchungen im Betrieb, die Analyse von Alterungseffekten und Oxidationserscheinungen sowie deren Auswirkungen auf Lebensdauer und Wirkungsgrad des Gesamtsystems.

Auf Basis der Kompetenzen zur Bewertung der Sicherheit und Zuverlässigkeit elektrischer/elektronischer Systeme erarbeiten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler Lösungen für die quantitative Zuverlässigkeitsbewertung von Brennstoffzellen. Hierzu werden über die probabilistische und quantitative Darstellung von Wirkzusammenhängen (FMEA) Ausfallwahrscheinlichkeiten und Sicherheitszahlen ermittelt. Darüber hinaus untersuchen die Forschenden am Fraunhofer LBF auf Basis von Werkstoffkennwerten unter zyklischer Beanspruchung, in Kombination mit weiteren Methoden wie dem Schallemissionsverfahren, Verschleiß- und Versagensmechanismen von Bauteilen und Systemen im Umfeld der Wasserstoffanwendungen (z. B. von Antriebskomponenten oder Hochdrucktanks).