Applikationen & Fachartikel

Prüfstand für Brennstoffzellenbefeuchter.

Für die zuverlässige Funktion von PEM-Brennstoffzellen sind präzise geregelte Befeuchtungssysteme essenziell – insbesondere bei anspruchsvollen Einsatzbedingungen. Der hier vorgestellte Befeuchterprüfstand der iinovis GmbH bietet Technikern, Ingenieuren und Entwicklern ein leistungsstarkes Werkzeug, um verschiedenste Befeuchterkonzepte unter realitätsnahen Bedingungen zu testen, zu analysieren und zu optimieren.

dataTec Redaktion

26.03.2025

Lesedauer 3 Min.

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Automotive Applikationsbericht

Brennstoffzellen erweisen sich als zukunftsfähiges Antriebskonzept für klimafreundliche Fahrzeuganwendungen. Damit eine PEM-Brennstoffzelle (PEMFC, polymer electrolyte membrane fuel cell) optimal und alterungsstabil funktioniert, werden Membran-Luftbefeuchter eingesetzt, die für einen ausbalancierten Sauerstoff- und Wasserhaushalt innerhalb des Systems sorgen. Hierbei wird ein Teil des vorhandenen Wassers aus der feuchten Abluft des Brennstoffzellen-Stacks über eine semipermeable Membran an die gefilterte, trockene Ansaugluft abgegeben. Mit dem Befeuchterprüfstand der iinovis GmbH lässt sich das Betriebsverhalten von verschiedenen Befeuchterkonzepten unter diversen Betriebsbedingungen testen. Der Prüfstand unterstützt die Weiterentwicklung von Prototypen und kommt ebenso für die Qualitäts- und Funktionsprüfung von Serienprodukten zum Einsatz.

Im Prüfstand können diese automatisierten Testanwendungen umgesetzt und reproduziert werden:

Performance-Tests
Temperaturwechseltests
Langzeittests (Alterungstests)
Leckage-Tests (intern und extern)
Übersättigungssimulation (Wassereinspritzung)
Belastungstests

Testing einer Befeuchtereinheit.

Unter kontrollierten Bedingungen wird feuchte Luft produziert und in einer Klimakammer dem Befeuchter (Prüfling) zugeführt. Durch das Einspritzen feiner Wassertropfen kann der Prüfstand die übersättigte Abluft einer Brennstoffzelle simulieren. Die Einstell- und Messparameter umfassen u. a. den Druck und Massenstrom, die Temperatur und Tröpfchengröße. So lassen sich sämtliche Temperatur- und Leistungsbereiche unterschiedlicher Brennstoffzellen abbilden.

Funktion des Membranbefeuchters.

Der Befeuchter definiert die feuchte Frischluft, die dem Brennstoffzellen-Stack zugeführt wird. So wird verhindert, dass die Kathode der Membran-Elektroden-Einheit (MEA) austrocknet. Ein ausgewogener Feuchtigkeitsgehalt verhindert die vorzeitige Alterung der Brennstoffzellen-Membran und sichert die spezifizierte Systemleistung.

Funktionsschema des iinovis Befeuchter-Prüfstands

Eingesetzte Messtechnik.

Über Sensoren werden die Informationen aus der Testumgebung digitalisiert und an Messgeräte weitergegeben, z. B. an einen Datenlogger. Die Messabläufe sind durch die übergeordnete NI-Software LabVIEW automatisiert. Somit lassen sie sich schnell einstellen, anpassen oder auch neu aufsetzen.

Hardware

Die elektronische Mess- und Prüftechnik von NI bietet hochwertige modulare Messgeräte und I/O-Komponenten für den Aufbau individueller, automatisierter Testsysteme. Die Produkte umfassen anwendungsspezifische Module und FPGA-fähige Hardware für die industrielle Entwicklung und Produktion.

Mit speziellen Datenerfassungs- und Steuerungsprodukten, die auf bestimmte Sensoren ausgelegt sind, lassen sich externe Hardware-Komponenten steuern und überwachen. Zum Einsatz kommen Komponenten der CompactDAQ-, CompactRIO- und PXI-Plattform.

Software

Die grafische Programmierumgebung LabVIEW unterstützt die Entwicklung automatisierter Testsysteme und ermöglicht einen schnellen Zugang zur Hardware. Für zukünftige Erweiterungen und ergänzend zu LabVIEW bietet sich die NI-Software DIAdem an. Mit DIAdem können noch größere Datenmengen verwaltet und analysiert werden. Somit ist das heutige System schon jetzt zukunftssicher aufgestellt.

Datenauswertung.

Die Messdaten werden kundenspezifisch aufbereitet, analysiert und in Ergebnisberichten zusammengefasst. Anhand der Visualisierung lassen sich die Betriebseigenschaften des Befeuchters direkt bewerten. Die gewonnenen Erkenntnisse können dann für die Weiterentwicklung genutzt werden.

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