Lebenszyklus-orientierte Optimierung hybrider Brennstoffzellensysteme für Luftfahrtanwendungen

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Um den ökologischen Fußabdruck des zivilen Luftverkehrs zu reduzieren, müssen Brennstoffzellensysteme (BZS) hohe Anforderungen an Lebensdauer und Robustheit erfüllen. Die typischen dynamischen Lastprofile und Betriebsbedingungen in mobilen Anwendungen beschleunigen jedoch irreversible Degradationsmechanismen. Herkömmliche Entwicklungsmethoden, die sich nur auf Leistungskenndaten konzentrieren, führen zu leistungsstarken, aber wenig robusten Systemlösungen. Diese Arbeit präsentiert zwei simulationsbasierte Entwurfsmethoden für BZS, die die Systemrobustheit und -lebensdauer in den Vordergrund stellen. Die erste Methode unterstützt die Entwicklung von Strategien zur Hybridisierung eines Brennstoffzellensystems mit einem elektrischen Energiespeichersystem. Sie ermöglicht eine effektive Exploration des erweiterten Entwurfsraums, der durch die zusätzlichen Freiheitsgrade des hybriden Systems entsteht. Die zweite Methode fokussiert sich auf die simulationsbasierte Optimierung der Systemrobustheit, um die Resilienz gegenüber Änderungen der Randbedingungen oder degradiertem Komponentenverhalten zu steigern. Dies geschieht unter Berücksichtigung der Unsicherheiten im Systementwurf und durch die Einführung einer Metrik zur Quantifizierung der Systemrobustheit, die in die Zielfunktion des Optimierungsproblems integriert wird. Zusammen bilden diese Methoden ein effektives Paket zur Entwicklung robuster hybrider Brennstoffzellensysteme.