Seitenpfad:

K-AXFLUX-H2

Kryogenes Wasserstoff-Kühlsystem für ein neuartiges E-Antriebssystem für Air-Mobility-Anwendungen

 
Künstliche Intelligenz

Projektbeschreibung

Im Projekt „K-AXFLUX-H2“ wird im Rahmen des KI-Produktionsnetzwerks von Prof. Dr.-Ing. André Baeten der Fakultät für Maschinenbau und Verfahrenstechnik der Technischen Hochschule Augsburg in Kooperation mit der Universität Augsburg ein kryogenes Wasserstoff-Kühlsystem für ein neuartiges E-Antriebssystem für Air-Mobility-Anwendungen entwickelt.

Gesamtziel von K-AXFLUX-H2s ist die Konzeption und Nachweisführung für ein innovatives Wasserstoff-Kühlsystem. Dies geschieht im Rahmen einer Machbarkeitsstudie für einen neuartigen Axial-Transversalflussmotor zur Anwendung in zukünftigen Air-Mobility-Konzepten. Die Innovation besteht in der Integration eines kryogenen Kühlkreislaufs in ein strukturelles Leichtbaugehäuse aus Faserverbundwerkstoffen bei extremen Fertigungstoleranzen sowie unter Berücksichtigung der EASA-Anforderungen SC E-19 (Electric / Hybrid Propulsion System). Um diese Ziele zu erreichen, wird ein KI-basierter Model-Based-Systems-Engineering-Ansatz (MBSE) entwickelt. Ein KI-basiertes virtuelles Test- und Nachweiskonzept soll hierbei zu einer deutlichen Reduzierung der Entwicklungs- und Erprobungskosten führen.

Beteiligte Schwerpunkte des KI-Produktionsnetzwerks an der THA

Angewandte KI in digitalen Produktionssystemen

 

Motivation

Nachhaltiges Fliegen soll mittels eines brennstoffzellengetriebenen Axialfluss-Motors möglich werden. Wasserstoff ist als Energieträger ein essentieller Teil der Lösung für die Mobilität der Zukunft.

Brennstoffzellen-Antrieb

  • Emissionsfrei und
  • hohe Energiedichte von LH2

Axialfluss-Motor

  • Sehr hoher elektrischer Wirkungsgrad (ca. 97%)
  • Sehr hohe Überlasten möglich
  • Aufbau des Motors ideal für innere Kühlung

 Warum Wasserstoffkühlung?

  • Hohe Wärmeaufnahmekapazität und große T-Differenz; LH2: 20 [K] / -253°[C] –
  • Direkte Kühlung in den Wicklungen durch Hohlleite
 

Ziele

  • KI-gestützte Regelung von komplexen Antriebssystemen
  • Virtuelles Testen von H2-Komponenten im Antriebsstrang
  • Erhebliche Reduzierung der thermischen Verluste im Antriebsstrang durch Ausnutzung der Wärmekapazität von tiefkaltem Wasserstoff

Im Rahmen des Förderprojektes K-AXFLUX-H2 werden Auslegungsmethodiken entwickelt, die dazu beitragen, die sehr hohen Kosten für die Auslegung und Fertigung von Antriebstechnologien auf Wasserstoffbasis erheblich zu reduzieren.

Aktuelle Forschungsergebnisse

 
  • 2022 wurde die Kühlsystemfunktionalität mittels einer CFD Simulation nachgewiesen.
  • 2023 konnte mit dem Aufbau eines virtuellen Zwillings mit Model Based Systems Engineering (MBSE) begonnen werden, der als Basis für die Realtests herangezogen wurde.
  • 2024 wurden die ersten H2-Realtests erfolgreich durchgeführt, die Erkenntnisse flossen in die Konzeption weiterer Demonstratoren.
  • 2025 fand der Aufbau verschiedener Teildemonstratoren in Realgröße zum Nachweis der Systemintegrität statt.
  • Ausblick: Zurzeit findet der Aufbau eines Funktionsdemonstrators statt, der im Rahmen eines Folgeprojektes im TTZ Gersthofen getestet werden soll.
 
3D-Modell des Funktionsdemonstrators
3D-Modell des Funktionsdemonstrators (Copyright: Patrik Miehler - THA)
H2-Teststand
Erster H2-Teststand zur Verifikation der CFD Simulationsergebnisse (Copyright: Markus Fackler – THA)
 

Beteiligte Forschungseinrichtungen

  • Universität Augsburg

Kontakt

 

Prof. Dr.-Ing. André Baeten

Maschinenbau und Verfahrenstechnik
TTZ Gersthofen

Telefon: 

+49 821 5586-3176

 

Weiterführende Informationen

 
Logo der Hightech Agenda Bayern
Gefördert durch die Hightech Agenda Bayern des Bayerischen Staatsministeriums für Wissenschaft und Kunst.