Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPTForschungsprojekt »InduREX«
Effiziente Produktionstechnologien für Brennstoffzellen fehlen am Markt
Die Brennstoffzellentechnologie kann durch den Einsatz von sogenanntem »grünen« Wasserstoff einen Beitrag zur emissionsfreien und nachhaltigen Mobilität leisten. Herausforderungen bei der erfolgreichen Markteinführung bestehen durch die noch hohen Herstellkosten aufgrund ineffizienter Fertigungsverfahren. Bei den meisten am Markt verfügbaren Brennstoffzellensystemen wurde der Fokus bei der Entwicklung auf Produktdesign und Leistungsfähigkeit gelegt. Eine effiziente Produktionstechnologie stand nicht im Vordergrund. Diese ist aber von zentraler Bedeutung, wenn nicht nur die Leistung der Brennstoffzelle, sondern auch deren Herstellung effizient und nachhaltig gestaltet werden soll. Das Ziel des Forschungsprojekts »InduREX« war deshalb eine industrielle Produktionstechnologie für einen Brennstoffzellen-Range-Extender, der die Reichweite erhöht und die Betriebszeit elektrischer Fahrzeuge verlängert, bei gleichzeitig geringeren Produktionskosten.
Ganzheitliche Optimierung von System und Produktionsprozess
Um den komplexen Prozess zur Produktion einer Brennstoffzelle und der dazugehörigen Stack-Komponenten zu beherrschen, ist es wichtig zu verstehen, wie Produktdesign und Produktionstechnologie ineinandergreifen und was davon bei der Auslegung der Fertigungstechnologie zu berücksichtigen ist. Eine Vielzahl an Design- und Prozessparametern wie Materialstärke und Umformdruck mussten experimentell und durch Simulationen identifiziert werden, damit sie in Form mathematischer Funktionen zur Optimierung von System und Prozess genutzt werden konnten. Der Range-Extender, der im Projekt »InduREX« entwickelt wurde, soll in Kombination mit einer Batterie die Reichweite und Betriebszeit steigern. Dadurch reduzieren sich die Anforderungen an die Dynamik der Brennstoffzelle. Welches Einsparpotenzial sich dadurch für die Produktionskosten der Brennstoffzelle bietet, wurde im Forschungsprojekt untersucht.
Großserienproduktion von Bipolarplatten und Endplatte aus Hybridmaterial
Das Fraunhofer IPT entwickelte und charakterisierte im Forschungsprojekt »InduREX« die Fertigungstechnik für die Bipolarplatten sowie für die Endplatten. Dafür wurden bereits am Fraunhofer IPT vorhandene Anlagen zum Fräsen, Umformen, Streckziehen, Schneiden und Schweißen zur schnellen Prototypenfertigung genutzt. Durch das Rapid Prototyping ließen sich die iterativen Designprozesse von geformten Bipolarplatten schnell validieren. Experimentell und in numerischen Simulationen wurden mit bestehenden Maschinen, Werkzeugen und Prozessen die Wechselwirkungen zwischen verschiedenen Prozessparametern und die Designeigenschaften der Bauteile ermittelt, optimiert und in Kennzahlen überführt. Verschleißeffekte bei der Umformung der metallischen Bipolarplatten zu verringern war dabei eines der vorrangigen Ziele. Dafür entwarf das Fraunhofer IPT ein Folgeverbundwerkzeug, das in einer bestehenden Servopresslinie eingesetzt werden konnte. Eine weitere Aufgabe des Fraunhofer IPT im Projekt »InduREX« war es, ein hybrides Design für die Endplatten für Brennstoffzellen-Stacks anhand thermoplastischer faserverstärkter Kunststoffen und Leichtmetalle umzusetzen.
Konsortium
Projektkoordinator:
- e.GO REX GmbH, Aachen
Projektpartner:
- ZBT – Zentrum für Brennstoffzellen-Technik GmbH, Duisburg
- Werkzeugmaschinenlabor WZL der RWTH Aachen
- Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT, Aachen
Förderhinweis
Das Projekt »InduREX« wurde im Rahmen des 7. Energieforschungsprogramms des deutschen Bundesministeriums für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) auf Grund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.
Förderkennzeichen: 03ETB017C