FFG - THDA - Entwicklung eines neuen Stack-Überwachungssystems als Serienkomponente in stationären und mobilen Brennstoffzellenanwendungen

Im Projekt THDA soll eine neue Elektronikkomponente zur Stacküberwachung in mobilen und stationären Brennstoffzellensystemen entwickelt werden. In Brennstoffzellen mit hoher Leistungs-dichte ist die Überwachung der Betriebsgrenzen für den Stack entscheidend für dessen Sicherheit und Langlebigkeit. Ein seriennaher Prototyp der innovativen Stacküberwachung soll in einem 5kW Range-Extender Antriebssystem unter realen Bedingungen getestet werden. Stand der Technik bei der Stacküberwachung ist die Spannungsmessung an jeder einzelnen Zelle am Stack und die Messung des Stackstrom. Nachteil dieser Methode inbesonders automotiven Brennstoffzellensystemen mit bis zu mehreren hundert Einzelzellen ist der hohe Aufwand zur Signalerfassung und Auswertung. Teure Hardwarelösungen mit hoher Fehleranfälligkeit sind die Folge. Der im Projekt THDA verfolgte, bereits patentierte Verfahrensansatz Total Harmonic Distortion Analysis THDA basiert allein auf der Messung von Stackstrom und spannung und der zielge-richteten Signalinterpretation. Einzelzellen im Stack, die sich in kritischen Betriebszuständen be-finden, verursachen charakteristische Frequenzmuster im Messsignal, wodurch unzulässige Zellzu-stände identifiziert werden können. Gegenstand der Methodenentwicklung ist die Isolation von Störeinflüssen durch die Brennstoffzellensystemperipherie (z.B. Leistungselektronik), sowie die Untersuchung der Anwendungsgrenzen der Methode zur Überwachung und Steuerung relevanter Grenzzustände wie z.B. den Kaltstart. Ausgehend von der Entwicklung einer weitgehend anwendungs-unabhängigen Stand-Alone Ent-wicklungslösung soll das System im Projekt THDA in eine konkrete 5kW Range-Extender Anwen-dung zur Überwachung des 100 Zellen Stack integriert werden. In der konkreten Anwendung be-deutet der Einsatz der innovativen THDA Methode eine drastische Reduktion der Messkanalzahl von 101 auf 2 und eine erhebliche Vereinfachung der Signalaufbereitung. In praxisnahen Tests soll die Leistungsfähigkeit der THDA Methode im Vergleich zur Einzelzellspannungsüberwachung nachgewiesen werden.