{"id":13751,"date":"2021-12-01T14:29:00","date_gmt":"2021-12-01T14:29:00","guid":{"rendered":"https:\/\/knowhow.distrelec.com\/?p=13751"},"modified":"2022-01-26T15:38:52","modified_gmt":"2022-01-26T15:38:52","slug":"elektro-automatik-unterstuetzt-fortschritte-in-der-klimaneutralen-energieversorgung-mit-brennstoffzellen-test-und-simulationsloesungen","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/knowhow.distrelec.com\/de\/transportwesen\/elektro-automatik-unterstuetzt-fortschritte-in-der-klimaneutralen-energieversorgung-mit-brennstoffzellen-test-und-simulationsloesungen\/","title":{"rendered":"Elektro-Automatik unterst\u00fctzt Fortschritte in der klimaneutralen Energieversorgung mit Brennstoffzellen-Test- und Simulationsl\u00f6sungen"},"content":{"rendered":"\n

Elektro-Automatik (EA)<\/a> ist ein europaweit f\u00fchrender Anbieter von Leistungselektronik in der Automobilindustrie und in vielen anderen Branchen. EA entwickelt und fertigt innovative Stromversorgungen am deutschen Standort. EA hat die neue ELR-Serie an Stromversorgungen herausgebracht, die f\u00fcr die Pr\u00fcfung von Brennstoffzellen in Kfz entwickelt wurde.<\/p>\n\n\n\n

Brennstoffzellen gibt es schon seit langem, aber angefeuert durch den technologischen Fortschritt und das Streben nach Klimaneutralit\u00e4t investieren Unternehmen wie Honda, Toyota, Hyundai und Mercedes massiv in die Technologie.<\/p>\n\n\n\n

Die Entwicklung und Herstellung hochwertiger Brennstoffzellen erfordert die Charakterisierung der Baugruppe und die Pr\u00fcfung der Kennlinien. F\u00fcr Notstromaggregate und Kfz werden die Brennstoffzellen in sogenannten Stacks zusammengebaut, um den f\u00fcr die jeweilige Anwendung erforderlichen Leistungsbedarf zu decken. Diese Stacks k\u00f6nnen eine hohe Leistung erzeugen; daher werden f\u00fcr die Charakterisierung und Pr\u00fcfung von Brennstoffzellen Netzteile und elektronische Lasten mit hoher elektrischer Leistung ben\u00f6tigt.<\/p>\n\n\n\n

Brennstoffzellen-Stacks k\u00f6nnen eine Leistung von weit \u00fcber 10 kW erbringen. F\u00fcr Hochleistungs-Pr\u00fcfst\u00e4nde stellt EA Elektro-Automatik Labornetzteile und elektronische Lasten mit besonderer Eignung f\u00fcr die programmgesteuerte Simulation, Charakterisierung und Pr\u00fcfung von Brennstoffzellen her.<\/p>\n\n\n\n

Was ist eine Brennstoffzelle?<\/h2>\n\n\n\n

Bevor wir \u00fcber die Pr\u00fcfung von Brennstoffzellen sprechen, sollten wir kurz in die Technik der Brennstoffzellen einsteigen. Brennstoffzellen sind ein chemischer Brennstoff. Bei jeder chemischen Reaktion findet entweder eine W\u00e4rmeabgabe oder W\u00e4rmeaufnahme statt. Brennstoffzellen basieren zumeist auf Wasserstoff, der mit einem Oxidationsmittel wie Sauerstoff reagiert, wodurch Elektrolyte entstehen.<\/p>\n\n\n\n

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Der Vorteil der Verwendung von Wasserstoff besteht darin, dass als Nebenprodukt der chemischen Reaktion lediglich W\u00e4rme und Wasserdampf entstehen, so dass es sich um eine saubere Energie handelt. Der in den Brennstoffzellen verwendete Wasserstoff kann auf verschiedene Weise gewonnen werden: durch Methandampfreformierung von Erdgas, Vergasung von Biomasse, Wasserelektrolyse oder solare Thermochemie.<\/p>\n\n\n\n

Es gibt verschiedene Arten von Brennstoffzellen, die jedoch alle aus den gleichen Elementen bestehen: einer Anode, einer Kathode und einem Elektrolyten, der die Bewegung von Ionen zwischen zwei Seiten der Brennstoffzelle erm\u00f6glicht (siehe Abbildung 1).<\/p>\n\n\n\n

Wie pr\u00fcft man die Korrosionsbest\u00e4ndigkeit?<\/h2>\n\n\n\n

Der wichtigste Parameter einer Brennstoffzelle ist ihr Widerstandsanteil. Der Elektrolytwiderstand ist der bestimmende Faktor f\u00fcr den Gesamtwiderstand der Brennstoffzelle. Der Polarisationswiderstand modelliert den Reaktionsersatzwiderstand, und die Doppelschichtkapazit\u00e4t modelliert die Anoden-Elektrolyt-Kathoden-Grenzfl\u00e4chen. Je geringer der Gesamtwiderstand der Brennstoffzelle ist, desto geringer ist ihre Verlustleistung und desto h\u00f6her ist ihr Wirkungsgrad.<\/p>\n\n\n\n

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Bei der Leistungserzeugung von kW bis MW kann ein zu hoher Gesamtwiderstand verhindern, dass ein Brennstoffzellenstapel seine maximale Nennleistung abgibt.<\/p>\n\n\n\n

Die Schwierigkeit bei der Messung des Widerstands der Brennstoffzelle liegt darin, dass Spannungsquelle und Widerstandskomponente der Zelle nicht voneinander isoliert werden k\u00f6nnen, wie es das Schaltungsmodell nahelegen w\u00fcrde. Anstelle einer herk\u00f6mmlichen Gleichstrom-Widerstandsmessung erfordert die Messung des Brennstoffzellen-Widerstands eine Wechselstrommessung.<\/p>\n\n\n\n

Die Pseudo-AC-Messung ist als Stromunterbrechungsmethode bekannt. Bei diesem Verfahren wird, wie der Name schon sagt, ein Strom erzeugt, indem der Laststrom sofort von einem konstanten Wert auf 0 A umgeschaltet wird. Die Brennstoffzellenspannung steigt von der um das Produkt aus Laststrom und Brennstoffzellenwiderstand reduzierten Spannung auf ihre Leerlaufspannung an.<\/p>\n\n\n\n

Wie erzeugt man also den Strom, der zur Charakterisierung der Brennstoffzelle ben\u00f6tigt wird? Sie ben\u00f6tigen eine elektronische Last und die M\u00f6glichkeit, deren Konstantstromausgang mit einem Wechselstromsignal unterschiedlicher Frequenz zu variieren. Sie k\u00f6nnen die Last und einen Funktionsgenerator miteinander verbinden.<\/p>\n\n\n\n

Funktionsgeneratoren haben nur eine geringe Leistung, so dass die Pr\u00fcfung eines Brennstoffzellen-Stacks mit mehreren Brennstoffzellen problematisch w\u00e4re. Sie k\u00f6nnten den Signalgenerator \u00fcber ein Bias-T an die elektronische Last anschlie\u00dfen, aber Bias-Ts sind Komponenten mit geringer Leistung, die haupts\u00e4chlich f\u00fcr HF-Anwendungen verwendet werden. Der Anschluss eines Funktionsgenerators mit geringer Leistung an eine elektronische Last mit hoher Leistung ist eine Herausforderung.<\/p>\n\n\n\n

EA l\u00f6st diese Herausforderung mit seinen elektronischen ELR-Lasten, indem der Arbitr\u00e4r-Funktionsgenerator bereits in die Last integriert ist. Sie m\u00fcssen sich keine Gedanken \u00fcber externe Anschl\u00fcsse und den Schutz eines Wellenformgenerators vor sch\u00e4dlichen hohen Leistungen machen. Der Funktionsgenerator gibt Sinuswellen, Dreieckswellen, Rechteckwellen, Trapezwellen, Rampen und Arbitr\u00e4rwellenformen aus. Mit der ELR-Last k\u00f6nnen Sie jede Art von dynamischer Last erzeugen, einschlie\u00dflich einer sinusf\u00f6rmigen St\u00f6rung auf einer Gleichstromsenke zur Charakterisierung des Brennstoffzellen-Widerstands.<\/p>\n\n\n\n

Mit ihrem internen Funktionsgenerator kann die ELR-Last Leistungs- und Haltbarkeitstests simulieren, indem sie kontrollierte dynamische Last\u00e4nderungen im Langzeittest durchf\u00fchrt. Die Last kann eine Brennstoffzelle mit gro\u00dfen Lastspr\u00fcngen bei unterschiedlichen Arbeitszyklen belasten.<\/p>\n\n\n\n

Simulation einer Brennstoffzelle f\u00fcr realistische Wechselrichter- oder DC-DC-Wandler-Tests<\/h2>\n\n\n\n

Nachdem die Brennstoffzelle nun charakterisiert ist, k\u00f6nnen die Stromversorgungen der PSB-Serie, die auch \u00fcber einen eingebauten Arbitr\u00e4r-Funktionsgenerator verf\u00fcgen, die Ausgangs-Kennlinie einer Brennstoffzelle simulieren. Mit der simulierten Brennstoffzelle kann ein Wechselrichter f\u00fcr ein Ger\u00e4t wie eine Standby-Stromquelle oder ein DC\/DC-Wandler f\u00fcr ein Kfz unter m\u00f6glichst realistischen Bedingungen getestet werden. Verwenden Sie einfach die Arbitr\u00e4r-Funktionsgenerator-Anwendung in der EA Elektro-Automatik Power Control Software. Geben Sie die ma\u00dfgeblichen Spannungs- und Stromparameter ein, sodann generiert die Funktionsgenerator-App die Kennlinie f\u00fcr die PSB-Stromversorgung, um den Brennstoffzellen-Stack zu emulieren.<\/p>\n\n\n\n

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Abbildung 3 zeigt das Fenster f\u00fcr die Tabelle „Brennstoffzelle“, in dem die U-I-Kennlinie der Brennstoffzelle angezeigt und die Leistung der Brennstoffzelle definiert wird. Bei maximaler Spannung wird die Leistung der Brennstoffzelle durch elektrokinetische Effekte dominiert. Im mittleren Teil der Kurve bestimmt der lineare, ohm’sche Widerstand der Brennstoffzelle die Leistungs-Charakteristik. Im Bereich hoher Str\u00f6me und niedriger Spannungen ist die exponentielle Charakteristik dadurch gekennzeichnet, dass die Energie schneller verbraucht wird, als Wasserstoff und Sauerstoff zur Anode und Kathode diffundieren und Energie liefern k\u00f6nnen.<\/p>\n\n\n\n

Mit dem simulierten Brennstoffzellenausgang kann die Leistung von Wechselrichtern oder DC\/DC-Wandlern getestet werden, da diese Lasten sowohl niedrigen als auch hohen Strom aufnehmen. Die Ergebnisse zeigen, wie gut die Lasten ihre Leistung trotz wechselnder Spannung der Brennstoffzelle aufrechterhalten k\u00f6nnen. Gl\u00fccklicherweise ben\u00f6tigen Sie f\u00fcr die Pr\u00fcfung von Wechselrichtern und DC-DC-Wandlern keinen komplexen Pr\u00fcfaufbau mit einem externen variablen Widerstand. Eine bidirektionale PSB Stromversorgung reicht aus!<\/p>\n\n\n\n

Mehr Energie sparen dank\u00a0h\u00f6herem\u00a0Wirkungsgrad<\/h2>\n\n\n\n

Sowohl die elektronischen Lasten der ELR-Serie als auch die bidirektionalen Stromversorgungen (Quelle und Senke) der PSB-Serie k\u00f6nnen Strom aufnehmen und mit einem hervorragenden Wirkungsgrad von 96 % in das Stromnetz einspeisen. Wenn Sie die ELR-Lasten oder die Senkenfunktion der PSB-Versorgung nutzen, sorgen effiziente Wechselrichter in den beiden Ger\u00e4ten f\u00fcr die R\u00fcckspeisung der Energie, um Ihre Stromkosten zu senken. Durch die R\u00fcckspeisung der absorbierten Energie in das Netz wird der K\u00fchlungsbedarf dieser Ger\u00e4te, die bis zu 30 kW leisten k\u00f6nnen, gesenkt. Die Ger\u00e4te ben\u00f6tigen deshalb weniger K\u00fchlinfrastruktur, um die Betriebstemperaturgrenzen einzuhalten. L\u00fcfter mit geringerer Leistung machen deutlich weniger L\u00e4rm. Profitieren Sie von niedrigeren Betriebskosten und umweltschonender Pr\u00fcfstandtechnologie.<\/p>\n\n\n\n

In jeder automatisierten Testumgebung einsetzbar.<\/h2>\n\n\n\n

Die Stromversorgungen der PSB-Serie von EA Elektro-Automatik und die ELR-Lasten haben g\u00e4ngige Schnittstellen zur Steuerung und Kommunikation im Pr\u00fcffeld. Serienm\u00e4\u00dfig sind USB- und Ethernet-Schnittstellen vorhanden, andere k\u00f6nnen einfach erg\u00e4nzt werden. Mit optionalen ModBus- und Profibus-Schnittstellen lassen sich die Ger\u00e4te bequem \u00fcber eine speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) steuern. Mit der CAN-Schnittstelle k\u00f6nnen die Instrumente an ein Kfz-Steuersystem angeschlossen werden. So viel Flexibilit\u00e4t suchen Sie vergeblich bei anderen Herstellern von Netzteilen und elektronischen Lasten.<\/p>\n\n\n\n

Zusammenfassung<\/h2>\n\n\n\n

Die Pr\u00fcfung von Brennstoffzellen ist ein komplexer Prozess, der mit den richtigen Werkzeugen leicht von der Hand geht. EA Elektro-Automatik ist Marktf\u00fchrer im Bereich Hochleistungs-Stromversorgungen und bietet verschiedene L\u00f6sungen f\u00fcr die Pr\u00fcfung von Brennstoffzellen im Automobilmarkt an. Wasserstoff-Brennstoffzellen gelten als einer der saubersten Kraftstoffe, die man mit wenig bis gar keinen CO2-Emissionen verwenden kann. F\u00fcr die Produktion oder Auswahl des richtigen Zellentyps ist die Bestimmung aller Parameter von entscheidender Bedeutung, um die Langlebigkeit und Effizienz sicherzustellen.<\/p>\n\n\n\n

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Elektronische Lasten, EA-EL 9000B<\/strong><\/p>\n\n\n\n

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Jetzt kaufen<\/a><\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n\n\n\n
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Elektronische DC-Lasten \u2013Serie EL 9000<\/strong><\/p>\n\n\n\n

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Jetzt kaufen<\/a><\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n\n\n\n
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Elektronische Last, EA ELR9000<\/strong><\/p>\n\n\n\n

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Jetzt kaufen<\/a><\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n\n\n\n
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Bidirektionale Gleichstromversorgungen, EA-PSB 9000, Elektro-Automatik<\/strong><\/p>\n\n\n\n

\"\"<\/figure>\n\n\n\n
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Jetzt kaufen<\/a><\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"Elektro-Automatik (EA) ist ein europaweit f\u00fchrender Anbieter von Leistungselektronik in der Automobilindustrie und in vielen anderen Branchen. 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