Leistungstest für Brennstoffzellensysteme

Mobile und stationäre Brennstoffzellensysteme sowie Wasserstoff sind wesentliche Bausteine der Energiewende. Als emissionsfreie Energiequellen werden sie im Maschinenbau und in der Energiewirtschaft angewendet. Brennstoffzellensysteme treiben Fahrzeuge, Schiffe und Flugzeuge an und versorgen als Notstromversorgung auch große Serveranlagen mit Energie.

Stand der Technik

In der Produktentwicklung von Brennstoffzellensystemen können heute nur einzelne Systemkomponenten isoliert getestet werden. Mehrere Testreihen mit veränderten Komponenten sind sehr aufwändig. Das verlängert die Entwicklungszeit insgesamt. Der Test eines gesamten Brennstoffzellensystems ist daher nur mit großem Aufwand möglich. Auch die Dynamik der einzelnen Komponenten und der Einfluss auf die Brennstoffzelle konnte bisher nicht prüftechnisch betrachtet werden.

Technologie

Abhilfe schafft ein neuer Prüfstand für Brennstoffzellen und Systemkomponenten am Institut für Produktentwicklung (IPEK) des KIT. Der mobile Prüfstand bildet die Brennstoffzelle, den Wasserstoffkreislauf, die Luftzufuhr und das Kühlsystem ab. Der IPEK-X-in-the-loop-Ansatz verknüpft das Datenerfassungssystem mit der Simulationsumgebung. So können unterschiedliche Anwendungsszenarien per Mausklick geändert werden. Alle Hardwarekomponenten sind leicht austauschbar. Die integrierte Sensorik erfasst Messdaten der Systemkomponenten und die elektrischen Daten der Brennstoffzelle. Über das Simulationssystem wird der Antrieb mit Batterie und E-Motor abgebildet. Es wird kontinuierlich gemessen, welche Leistung die Brennstoffzellen, die anderen Komponenten und das System unter den eingestellten Bedingungen liefern (z.B. Luftverdichtung und Wasserstoffrezirkulation). So kann der gesamte Systembetrieb ausgewertet werden. Abhängig von der Systemkonfiguration können beispielsweise der Wirkungsgrad, die Dynamik und die Lebensdauer der Brennstoffzellen abgebildet und analysiert werden.

Vorteile

Unter Einsatz des Prüfstandes können die Entwicklungszeiten und -kosten von Brennstoffzellensystemen deutlich reduziert werden. Durch bessere und ausführlichere Tests entstehen bessere Produkte, die letztendlich auch die Lebensdauer und den Wirkungsgrad für den Endkunden erhöhen.

Optionen für Unternehmen

Das KIT stellt interessierten Unternehmen den Prüfstand zur Verfügung, um in der Produktentwicklung eigene Komponenten in kompletten Systemvarianten zu testen. Möglich sind direkte Auftragsforschung oder auch gemeinsame Kooperationen in Forschung und Entwicklung.