Elektro-Automatik (EA) är en Europisk ledande leverantör av kraftelektronik inom fordonsindustrin likväl som många andra branscher. EA utvecklar och tillverkar innovativa nätaggregat i sina tyska labb. EA erbjuder nu sitt ELR-sortiment av strömförsörjningar som är speciellt utformade för att underlätta testning av fordonsbränsleceller.
Bränsleceller har funnits i många år men med de senaste tekniska framstegen och globala initiativ för klimatneutralitet har det gjorts betydande investeringar med bilföretag som Honda, Toyota, Hyundai och Mercedes.
Att designa och tillverka kvalitetsbränsleceller kräver att enheten karakteriseras och dess prestanda testas. För reservkraftverk och fordon, monteras bränsleceller i stackar för att uppfylla de nödvändiga effektkraven för applikationen. Dessa stackar kan generera hög effekt; Därför behövs strömförsörjningar och elektroniska laster med högt watt-tal för karakterisering och testning av bränsleceller.
Bränslecellsstackar kan leverera långt över 10 kW effekt. Elektro Automatik tillverkar inte bara högeffekts-DC-försörjningar och laster, utan dessa produkter har flera funktioner som förenklar uppgiften att simulera, karakterisera och testa bränsleceller och gör testningen mer effektiv.
Vad är en bränslecell?
Innan vi går in på testning av bränsleceller, låt oss få en snabb överblick över vad bränsleceller är. Bränsleceller är ett kemiskt bränsle. När en kemisk reaktion inträffar genererar den vanligtvis energi med biprodukten värme. De flesta bränsleceller är ofta vätebaserade blandade med ett oxidationsmedel som syre, som sedan skapar elektrolyter.
Fördelen med att använda väte är att biprodukten av den kemiska reaktionen bara är värme och vattenånga vilket gör det till en ren energi att använda. Väte som används i bränslecellerna kan skördas på flera sätt, ångmetanreformering av fossil gas, biomassagasutveckling, elektrolys av vatten eller soltermokemi.
Det finns flera olika typer av bränslecellskonstruktioner, men de består alla av samma element; en anod, en katod, och en elektrolyt som tillåter joner att röra sig mellan två sidor av bränslecellen som visas i figur 1.
Hur testar man korrosionsbeständighet?
Den viktigaste parametern för en bränslecell är dess resistiva komponent. Elektrolytresistansen är det främsta bidraget till bränslecellens totala resistans. Polarisationsresistansen modellerar den ekvivalenta reaktionsresistansen, och dubbelskiktskapacitansen modellerar anod-elektrolyt-katodgränssnitten. Ju lägre den totala resistansen hos bränslecellen är, desto lägre är dess effektförlust, och därmed högre effektivitet.
Med effektgenerering på kW till MW kan en alltför hög total resistans hindra en bränslecellstack från att avge sin maximala märkeffekt.
Svårigheten med att mäta resistansen i bränslecellen beror på att cellspänningskällan inte kan isoleras från de resistiva komponenterna som kretsmodellen antyder. Istället för att använda konventionell DC-resistansmätning kräver mätningen av bränslecellsresistans AC-mätning.
Pseudo-AC-mätning är känd som strömavbrottsmetoden. Denna metod, som namnet beskriver, skapar en ström genom att omedelbart växla belastningsströmmen från ett stabilt tillståndsvärde till 0 A. Bränslecellsspänningen stiger till sin öppna kretsspänning från spänningen reducerad av produkten av belastningsströmmen och bränslecellens resistans.
Så hur skapar man den ström som behövs för att karakterisera bränslecellen? Du behöver en elektronisk last och förmågan att variera dess konstanta strömutgång med en AC-signal av varierande frekvens. Du kan koppla ihop lasten och en vågformsgenerator. Vågformsgeneratorer är lågeffektenheter, så du skulle få problem med att testa en bränslecellstack som innehåller flera bränsleceller. Du kan ansluta vågformsgeneratorn genom ett bias-T till den elektroniska lasten; men bias-T är lågeffektkomponenter som främst används för RF-tillämpningar. Att ansluta en vågformsgenerator med låg effekt till en elektronisk last med hög effekt är en utmaning.
EA löser den utmaningen med sina ELR elektroniska laster genom att integrera vågformsgeneratorn i lasten. Du behöver inte oroa dig för externa anslutningar och att skydda en vågformsgenerator från att ta skada av hög effekt. Vågformsgeneratorn kan mata ut sinusvåg, triangelvåg, fyrkantsvåg, trapetsvåg, ramp och arbiträra vågformer. Med ELR-lasten kan du skapa vilken typ av dynamisk belastning som helst, inklusive en sinusformad störning på en DC-strömssänkning för karakterisering av bränslecellsresistans.
Dessutom kan ELR-lasten med sin interna vågformsgenerator utsätta bränslecellen som testas för ett brett utbud av dynamiska belastningsvariationer för både prestanda- och hållbarhetstestning. Lasten kan belasta en bränslecell med stora lastförändringar vid varierande arbetscykler.
Simulering av en bränslecell för realistisk testning av växelriktare eller DC-DC-omvandlare
Nu när bränslecellen karaktäriseras kan PSB-seriens strömförsörjningar, som också har en inbyggd vågformsfunktionsgenerator, simulera uteffekten från en bränslecell. Med hjälp av den simulerade bränslecellen kan en växelriktare för en enhet som en standby-strömkälla eller en DC-DC-omvandlare för ett fordon testas under de mest realistiska förhållandena. Använd bara funktionsgeneratorapplikationen i Elektro Automatiks Power Control Software. Ange de huvudspännings- och strömparametrarna, och funktionsgenerator-appen gör det möjligt för PSB-strömförsörjningen att emulera uteffekten från din bränslecellsstack.
Figur 3 visar fönstret för bränslecellstabellen som visar bränslecellens karakteristiska V-I-kurva och definierar bränslecellseffekten. Vid maximal spänning domineras bränslecellsutgången av elektrokinetiska effekter. I den centrala delen av kurvan bestämmer bränslecellens linjära ohmska resistans utgångsegenskaperna. Vid hög ström-låg spänning-delen av kurvan definieras exponentialkarakteristiken av energi som förbrukas i en snabbare takt än väte och syre kan diffusera till anoden och katoden för att tillföra energi.
Den simulerade bränslecellsutgången kan testa växelriktar- eller DC-DC-prestanda eftersom dessa belastningar drar både låg ström och hög ström. Resultaten indikerar hur väl lasterna kan bibehålla sin effekt under bränslecellens varierande spänning. Som tur är behöver du inte en komplicerad testuppsättning med externt variabelt motstånd för att testa växelriktare och DC-DC-omvandlare. Allt du behöver är ett nätaggregat i PSB-serien.
Spara energi och kör svalare
Både ELR-seriens elektroniska laster och PSB-seriens dubbelriktade strömförsörjning (källa och last) kan absorbera ström och leverera den tillbaka till elnätet med enastående 96% verkningsgrad. När du använder ELR-lasterna eller sänkfunktionen hos PSB-försörjningen, ger effektiva växelriktare i de två instrumenten regenerativ energiåtervinning för att minska dina elkostnader. Genom att återföra den absorberade energin till elnätet sparas kylbehov för dessa instrument som kan ge och sänka upp till 30 kW. Instrumenten använder fläktar med lägre kapacitet som går tystare och mindre kylinfrastruktur för att hålla dem vid en säker driftstemperatur. Dra nytta av lägre energikostnader och vetskapen att du hjälper miljön.
Arbeta i vilken automatiserad testmiljö som helst
Elektro Automatiks PSB-strömförsörjningar och ELR-laster erbjuder flera gränssnitt för att möjliggöra enkel kommunikation och kontroll i ett fåtal testmiljöer. PSB-serien försörjningar och ELR-lasterna har USB och Ethernet som standardgränssnitt för förenklad datoranslutning. Med tillägg som ModBus- och Profibus-gränssnitt tillåter instrumenten bekväm styrning från programmerbara logikstyrningar (PLC:er). Via CAN-gränssnitt kan instrumenten ansluta till fordonsstyrsystem. Det är mer flexibilitet än du får från andra tillverkare av strömförsörjningar och elektronisk laster.
Sammanfattning
Bränsleprovning är en komplex process som kan göras enklare med rätt verktyg. Elektro Automatik är branschledande inom kraftelektronik och erbjuder flera lösningar för testning av bränsleceller inom fordonsmarknaden. Specifikt anses vätebränsleceller som ett av de renaste bränslena du kan använda med små eller inga koldioxidutsläpp. Det är viktigt att säkerställa deras livslängd och verkningsgrad under drift och lagring genom att regelbundet testa bränslecellerna inom ett flertal branscher, inklusive fordonsindustrin.
Elektronisk belastning EL 9000 B
Elektronisk belastning EL 3000- og EL 9000-serien
Elektronisk belastning ELR 9000
Toveis likestrømforsyninger, EA-PSB 9000
