Elektro-Automatik (EA) er en ledende europeisk leverandør av strømforsyningsteknologi til bilindustri og mange andre bransjer. EA utvikler og produserer innovative strømforsyninger i deres tyske laboratorium. EA har ELR-serien med strømforsyninger som er spesielt laget for testing av brenselceller.
Brenselceller har vært brukt i mange år, men med nyere teknologiske utviklinger og globale klimainitiativer har disse sett store investeringer fra bilprodusenter som Honda, Toyota, Hyunday og Mercedes.
For å designe og produsere brenselceller i høy kvalitet trenger man å karakterisere enheten og å teste enhetens ytelse. For standby strømstasjoner og biler må brenselceller monteres i stabler for å møte strømkravene som er nødvendig. Disse stablene kan genenere høy effekt, noe som betyr at strømforsyninger med høy watt og elektroniske laster trengs for å karakterisere og teste brenselcellen.
Cellestablene kan levere godt over 10 kW strøm. Elektro Automatik produserer ikke bare høyeffektive DC-strømforsyninger og laster, men disse produktene har flere funksjoner som gjør det lett å simulere, karakterisere og å teste brensceller, og som gjør testingen mer effektiv.
Hva er en brenselcelle?
Før vi snakker om testing av brenselceller går vi gjennom hva brenselceller faktisk er. Brenselceller er en form for kjemisk brensel. Når en kjemisk reaksjon oppstår generer denne som vanlig energi med et biprodukt som varme. De fleste brenselceller er ofte hydrogen-basert blandet med en oksiderende agent som oksygen som da skaper elektrolytter.
Fordelen ved å bruke hydrogen er at biproduktetet i den kjemiske reaksjonen er kun varme og vanndamp, noe som gjør at energien som brukes er ren. Hydrogen som brukes i brenselceller kan hentes på flere måter – dampreforming av naturgass, biomasse forgasning, elektrolyse av vann eller termokjemi som solen produserer.
Det finnes også ulike typer brenselceller, men de består alle av de samme elementene: en anode, en katode og en elektrolytt som lar ioner reise mellom to punkter i cellen, som vist i figur 1.
Hvordan tester du korrisjonsresisstanse?
Den viktigste delen i en brenselcelle er resistoren. Elektrolyttmostanden bidrar mest til den totale mostanden av en brenselcelle. Polariseringsmotstanden følger samme reaksjon, og dobbeltlaget av kapistanse følger anode-elektrolytt-katode-grensesnitt. Lavere total resistanse gir lavere effekttap og høyere effektivtitet.
Med strømgenerering fra kW til MW, en svært høy total motstand kan forhindre at cellen produserer maksimum strømhastighet.
Det er vanskelig å måle motstanden i en brenselcelle fordi spenningskilden ikke kan isoleres fra resistive komponenter som kretsmodellen kanskje tilsier. Istedenfor å bruke målinger for likestrømmostand trenger man en vekselstrøm-måler for denne type motstand.
Denne vekselstrøm-måleren er kjent som strømavbrudd-metoden. Denne metoden, som navnet tilsier, skaper en strøm ved å umiddelbart bytte lastestrømmen til en stabil statusverdi på 0 A. Spenningen stiger da til den åpne kretsspenningen fra spenningen som reduseres fra lastespenningen og cellens resistanse.
Så hvordan skaper du spenningen som trengs for å karakterisere brenselcellen? Du trenger en elektronisk last og muligheten til å variere konstantstrømutgangen med et vekselstrømsignal i ulike frekvenser. Du kan koble lasten til en bølgeformgenerator. Bølgeformgeneratorer er enheter som bruker lite strøm, så det kan være vanskelig å teste en brenselcellestabel som inneholder flere brenselceller. Du kan koble bølgeformgeneratoren gjennom en bias-T til den elektroniske lasten; men bias-T er komponenter som bruker lite strøm og som ofte brukes i RF-applikasjoner. Å koble en bølgeformgenerator med lavt strømforbuk til en elektronisk last med høy strøm har sine utfordringer.
Med deres ELR elektroniske laster løser EA dette problemet ved å integrere bølgeformgeneratoren til lasten. Du trenger ikke tenke på eksterne tilkoblinger og å beskytte generatoren fra skade som følge av høy effekt. Generatoren produserer sinusbølger, triangelformede bølger, firkantede bølger, trapesformede bølger, ramper og vilkårlige bølgeformer. Med en ELR-last kan du skape alle typer dynaismek laster som sinusformet peturbasjon på en likestrøms senkestrøm for brenselcelle resistansekarakteristikk.
I tillegg til ELR-lasten, men sin interne bølgeformgenerator kan utsette brenselcellen for flere av dynamiske lastvariasjoner for både ytelses- og utholdenhetstesting. Lasten kan stresse brenselcellen med store trinnlastendringer ved ulike driftssykluser.
Simulasjon av brenselcelle for realistisk inverter- eller DC-DC-omformertesting
Nå som brenselcellen er karakterisert kan PSB-serien av strømforsyninger, som også har en innebygd bølgeformgenerator, simulere brenselcellens utgangseffekt. Med en simulert brenselcelle kan man bruke en inverter som enhet, som standby strømkilde eller DC-DC-konverter til en bil, for å gjøre testforholdene så realistisk som mulig. Bruk funksjonsgeneratorapplikasjonen i Elektro Auitomatik strømstyringsprogramvare. Ved å legge til nøkkelspenning og strømparamter gjør funksjonsgeneratorappen det mulig å etterligne utgangseffekten på brenselcellestabelen.
Figur 3 viser en brenselcelletabell som viser cellens lett gjenkjennelige V-I-kurve og definerer brenselcellens effektutgang. Ved maksimumspenning er utgangseffekten dominert av elektro-kinetiske effekter. Den sentrale delen av kurven bestemmer den lineære, ohmske motstanden utgangseffektegenskaper. Ved kurvens høy strøm-lav spenning-punkt er de eksponsneielle egenskapene definert av energien som forbrukes ved en høyere hastighet enn hydrogen og oksygen kan diffusere anoden og katoden kan forsyne energi.
Den simulerte utgangseffekten kan teste inverter- og DC-DC-ytelse ettersom lastene bruker både lav og høy strøm. Resultatet indikerer hvor godt lastene kan holde på utgangseffekten med cellens varierende spenning. Heldigvis trenger du ikke et komplisert testoppsett med ekstern variabel motstand for å teste invertere og DC-DC-konvertere. Det eneste du trenger er strømforsyninger fra PSB-serien.
Spar energi med kjøligere drift
Både elektroniske laster i ELR-serien og toveis strømforsyninger (kilde og last) fra PSB-serien kan absorbere strøm og levere denne tilbake til kraftnettet med en effektivitet på 96%. Når du bruker ELR-laster eller lastfunksjonen på PSB-utstyret, kan effektive invertere i de to instrumentene gi regenerativ energigjenvinning for å redusere strømkostnadene dine. Å returnere absorbert strøm til nettet sparer på kjølekravene for disse instrumentene noe som har en utgangseffekt og last på 30 kW. Instrumentene trenger en vifte med lavere kapsitet som ikke produserer mye støy og har mindre kjølestruktur for holde disse ved trygge operasjonstemperaturer. Dra fordeler av lavere brukskostnader og viten om at du hjelper miljøet.
Arbeid i alle automatiserte testmiljø
PSB-strømforsyninger og ERL-laster fra Elektro Automatik har flere grensesnitt som gjør kommunikasjon og styring enkelt i noen testmiljøer. For enkel tilkobling til en PC har forsyningene og lastene USB og ethernet som standard grensesnitt. Valgfri ModBus og Profubus-grensesnitt gjør det enkelt å kontrollere instrumentene ved bruk av en programmerbar logisk kontroller (PLC). CAN-grensesnitt kan kobles til bilstyringssystem. Noe som betyr at disse instrumentene er mer fleksible enn andre strømforsyninger og elektroniske laster.
Oppsummering
Brenseltesting er en komplisert prosess som kan forenkles ved bruk av riktig verktøy. Elektro Automatik er industriledende innen strømelektronikk og har flere løsninger for testing av brenselceller innen bilproduksjon. Brenselceller som bruker hydrogen anses å være et av de reneste brenslene og har nesten ingen utslipp. Det er viktig å sørge for at disse holder seg lenge og holder seg effektive under operasjon og lagring ved å teste brenselcellene jevnlig i flere bransjer, som bilbransjen.
Elektronisk belastning EL 9000 B
Elektronisk belastning EL 3000- og EL 9000-serien
Elektronisk belastning ELR 9000
Toveis likestrømforsyninger, EA-PSB 9000
