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Assessment of suitable hybridization strategies of a fuel cell-battery-powered regional aircraft

Albrecht, Pascal und Schröder, Matthias und Kopljar, Dennis und Kniesel, Jan Philip und Gentner, Christoph (2022) Assessment of suitable hybridization strategies of a fuel cell-battery-powered regional aircraft. Deutscher Luft- und Raumfahrtkongress 2022, 27.-29. Sep. 2022, Dresden.

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Kurzfassung

Transforming the aviation sector to electric power sources like batteries or fuel cells reduces its environmental impact by minimizing direct emissions [1]. Hybrid electric configurations using both a hydrogen powered fuel cell system and a battery system may offer superior powertrain performance over either singular energy storage method due to their respective advantages in energy density and high power capability [2]. Utilizing an optimal load distribution between the two energy sources can therefore enhance the aircraft's performance significantly. In this work multiple configurations with varying degrees of hybridization are compared using an in-house, modular hybrid simulation- and sizing tool based on thermodynamic principles, component maps and laboratory measurements [3]. An exemplary hybrid system layout is depicted in Fig. 1, where low temperature PEM fuel cell technology and Li-Ion batteries are considered for the energy conversion and storage. With this tool each configuration is individually optimized to fulfill the requirements resulting from a common mission profile focusing on system weight, efficiency and fuel consumption. The profile was developed by the DLR for an exemplary hybrid electric aircraft architecture with entry into service in 2040. Technology improvements in the next two decades are considered via estimated technology factors. Through a sensitivity analysis considering different scenarios recommendations for the degree of hybridization are derived. The results are optimized hybrid system configurations that can be used for follow-up studies. [1] Viswanathan, V., Epstein, A.H., Chiang, YM. et al. The challenges and opportunities of battery-powered flight. Nature 601, 519-525 (2022) [2] D. Guida, M. Minutillo. Design methodology for a PEM fuel cell power system in a more electrical aircraft. Applied Energy, Volume 192, 446-456 (2017) [3] M. Schröder, F. Becker, J. Kallo, C. Gentner. Optimal operating conditions of PEM fuel cells in commercial aircraft. International Journal of Hydrogen Energy Vol. 46 Issue 66, 33218-33240 (2021)

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/192718/
Dokumentart:Konferenzbeitrag (Vortrag)
Titel:Assessment of suitable hybridization strategies of a fuel cell-battery-powered regional aircraft
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Albrecht, PascalPascal.Albrecht (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Schröder, MatthiasMatthias.Schroeder (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Kopljar, DennisDennis.Kopljar (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Kniesel, Jan PhilipJan.Kniesel (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Gentner, ChristophChristoph.Gentner (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:29 September 2022
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Nein
In ISI Web of Science:Nein
Status:veröffentlicht
Stichwörter:hybridization, fuel cell, battery, hybrid electric aircraft, optimization, system simulation
Veranstaltungstitel:Deutscher Luft- und Raumfahrtkongress 2022
Veranstaltungsort:Dresden
Veranstaltungsart:nationale Konferenz
Veranstaltungsdatum:27.-29. Sep. 2022
Veranstalter :Deutsche Gesellschaft für Luft- und Raumfahrt - Lilienthal-Oberth e.V.
HGF - Forschungsbereich:Energie
HGF - Programm:Energiesystemdesign
HGF - Programmthema:Digitalisierung und Systemtechnologie
DLR - Schwerpunkt:Energie
DLR - Forschungsgebiet:E SY - Energiesystemtechnologie und -analyse
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):E - Energiesystemtechnologie
Standort: Stuttgart
Institute & Einrichtungen:Institut für Technische Thermodynamik > Energiesystemintegration
Hinterlegt von: Albrecht, Pascal
Hinterlegt am:05 Jan 2023 15:00
Letzte Änderung:05 Jan 2023 15:00

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