- Was ist die Hauptfunktion von Brennstoffzellenprüfgeräten?
- Welche verschiedenen Arten von Brennstoffzellen Prüfgeräte gibt es?
- Was sind die wichtigsten Leistungskriterien für moderne Brennstoffzellenprüfgeräte?
- Welches sind die wichtigsten Anwendungsfälle für solche Prüfgeräte für Wasserstoff-Brennstoffzellensysteme?
- Was sind die Bestandteile der Brennstoffzellen-Testgeräte und ihre Funktion?
- Sicherung der Qualität
- Welches sind die wichtigsten Protokolle für Brennstoffzellenprüfungen?
- Was ist der Hauptunterschied zwischen der Prüfung einer Brennstoffzelle und der Prüfung eines Brennstoffzellenstapels? Was haben solche Tests gemeinsam?
- Wie lange wird eine Brennstoffzelle normalerweise getestet? Gibt es einen Marktstandard?
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Was ist die Hauptfunktion von Brennstoffzellenprüfgeräten?
Eine Brennstoffzelle ist ein komplexes Gerät, das aus vielen Komponenten mit unterschiedlichen Funktionen, Materialeigenschaften und Merkmalen besteht. Es bedarf also mehr als nur einiger Parameter, um eine Brennstoffzelle nach ihren wichtigsten Eigenschaften und Betriebsgrenzen zu klassifizieren. Brennstoffzellen-Testgeräte ermöglichen die Charakterisierung von Brennstoffzellen, entweder in der Entwicklungsphase, um die Optimierung eines Designs und der verwendeten Materialien zu erleichtern, oder während der Produktion, um einzelne produzierte Einheiten zu bewerten und zu vergleichen. Die Brennstoffzellen-Testausrüstung wird von einer zentralen Baugruppe aus eingesetzt, der so genannten Brennstoffzellen-Teststation, die auch als Prüfstand, Testbed oder Testbank bezeichnet wird.
Welche verschiedenen Arten von Brennstoffzellen Prüfgeräte gibt es?
Je nach dem Niveau, auf dem die Prüfgeräte arbeiten, können wir zwei verschiedene Typen unterscheiden:
a) Zellenprüfgeräte oder Stapelprüfgeräte
Diese Prüfeinrichtung ersetzt im Wesentlichen die Rolle der Balance-of-Plant-Komponenten in einem Wasserstoff-Brennstoffzellenmodul und schafft damit genau definierte und kontrollierte Bedingungen für eine einzelne Zelle oder einen ganzen Stapel.
Beispiel – SOFC-Teststation für die Prüfung von Einzelzellen und kurzen Stapeln
b) Prüfgeräte für Brennstoffzellensysteme (Module)
Die Ausrüstung für die Prüfung eines gesamten Brennstoffzellenmoduls bezieht sich eher auf die in einem Brennstoffzellenmodul verwendeten Regelsysteme und Regelstrategien. Es verfügt in der Regel über verschiedene Sensoren, um den Zustand des Systems zu überwachen. In diesem Artikel wird nur die erste Kategorie beschrieben, d. h. Einzelzellen- und Stapelprüfgeräte.
Abgesehen davon unterscheiden sich die Brennstoffzellen-Testgeräte auch je nach der spezifischen Wasserstoff-Brennstoffzellentechnologie. Ein PEM-Brennstoffzellenprüfstand muss eine Vielzahl von Geräten umfassen, die für Zellen und Stapel benötigt werden, je nachdem, ob Niedertemperatur-PEM oder Hochtemperatur-PEM verwendet wird. Im Gegensatz dazu erfordert die Festoxid-Wasserstoff-Brennstoffzellentechnologie ein deutlich anderes Prüfgerät als die pem-Brennstoffzellenprüfung.
Was sind die wichtigsten Leistungskriterien für moderne Brennstoffzellenprüfgeräte?
Die genauen Leistungskriterien für Brennstoffzellen-Prüfgeräte unterscheiden sich je nach Anwendungsfall und dem konkreten Brennstoffzellen-Prüfverfahren. Es gibt unterschiedliche Anforderungen für die Prüfung von kleinen Einzelzellen und großen Stacks in Automobilqualität. Die folgenden Merkmale können jedoch als Industriestandard für Zellen- und Stapeltests angesehen werden:
- Vollständig integrierte und automatisierte Brennstoffzellen-Teststation für den unbeaufsichtigten Betrieb
- Integriertes Sicherheitssystem mit Alarmmanagement
- Medienberührte Materialien aus Edelstahl (316L) oder Teflon
Dies sind die Kriterien, die zum Vergleich von Prüfstationen verschiedener Hersteller herangezogen werden können:
- Genauigkeit der Kontrollsysteme für einzelne Teile der Technologie (siehe unten).
- Dynamik der Sollwertänderung, wichtig z. B. für die Taupunktregelung und die Änderungsrate der Taupunkttemperatur.
- Das Ausmaß, in dem das Gerät angepasst werden kann.
- Wie benutzerfreundlich und anpassbar ist die Benutzeroberfläche der Software?
Welches sind die wichtigsten Anwendungsfälle für solche Prüfgeräte für Wasserstoff-Brennstoffzellensysteme?
Im Allgemeinen werden Brennstoffzellenprüfgeräte sowohl in der Forschung und Entwicklung als auch in der Produktion eingesetzt, insbesondere für EoL- oder End-of-Line-Tests. Kleine einzellige Teststationen werden für die Entwicklung von Materialien in der Membranelektrodenanordnung (Katalysatoren, Ionomere, Bindemittel usw.) verwendet. Stack-Teststationen können zur Validierung eines bestimmten Stack-Designs während der Stack-Entwicklung (Bipolarplatten-Design, Strömungskanalgeometrie usw.), zur Prüfung der Betriebsgrenzen (Fahrzyklustests) oder der Langzeitbeständigkeit oder zum Benchmarking jedes einzelnen hergestellten Stacks während der Produktion eingesetzt werden.
Was sind die Bestandteile der Brennstoffzellen-Testgeräte und ihre Funktion?
Ein typischer Brennstoffzellenprüfstand besteht aus:
a) Gasaufbereitungsleitungen (Anode und Kathode)
- Gaseinlass: Schnittstelle zwischen der Prüfstation und den Gasverteilungsleitungen im Labor
- Massendurchflussregler: Regelt die Durchflussmenge des Gasstroms
- Befeuchtungsanlage: Regelt die Feuchtigkeit des Gasstroms
- Gasheizsystem: Regelt die Temperatur des Gasstroms
- Vordruckregler: Regelt den Druck, mit dem die Zelle/der Stapel arbeitet
- Wasserabscheider: Entfernt flüssiges Wasser aus dem Auslassstrom
b) Flüssigkeitskühlsystem (falls zutreffend)
- Regelt die Temperatur einer Zelle/eines Stapels und stellt über einen Wärmetauscher die Verbindung zum primären Kühlkreislauf mit dem Laborkühlwasser her
c) Elektronische Last oder Potentiostat mit EIS
- Stellt eine elektrische Verbindung zu Zell-/Stapelklemmen her und bietet Charakterisierungstechniken
Sicherung der Qualität
Die Prüfgeräte selbst müssen natürlich bewertet, genormt und kalibriert werden, damit sie zuverlässige und einheitliche Ergebnisse liefern. Dazu gehören auch Tests, die vor der Inbetriebnahme der Brennstoffzellen-Testausrüstung durchgeführt werden. Die Funktionsfähigkeit jedes einzelnen Teils der Technologie und ihrer Steuerungen wird vor der Inbetriebnahme getestet.
Regelmäßige Inspektionen während der Nutzung sind ebenfalls notwendig. Insbesondere müssen die Prüfgeräte regelmäßig auf die Dichtheit der Druckgasleitungen überprüft werden.
Welches sind die wichtigsten Protokolle für Brennstoffzellenprüfungen?
Die Protokolle für die Prüfung von Brennstoffzellen unterscheiden sich je nach Art der Brennstoffzelle und der Anwendung der Technologie. Im Allgemeinen gibt es mehrere Protokolle, die befolgt werden können:
- EU-harmonisiertes Prüfprotokoll für PEM MEA
- DOE-Zellenkomponente Beschleunigter Belastungstest
Was ist der Hauptunterschied zwischen der Prüfung einer Brennstoffzelle und der Prüfung eines Brennstoffzellenstapels? Was haben solche Tests gemeinsam?
In einem Brennstoffzellenprüfstand werden Gasaufbereitungsleitungen und ein Kühlkreislauf auf der Grundlage der maximalen Leistung des geprüften Geräts dimensioniert, da diese den Gasverbrauch und die Wärmeerzeugung bestimmt. Für diesen Teil der Prüfstation ist es nicht sehr relevant, ob es sich bei dem zu prüfenden Gerät (DUT) um eine großflächige Einzelzelle oder um einen Stapel mit kleinerer Zellenfläche handelt. Das Hauptkriterium ist, ob diese eine vergleichbare Höchstgrenze haben. Leistungsabgabe. Die elektronische Last oder der Potentiostat muss jedoch immer für eine bestimmte Konfiguration ausgewählt werden, da ihr maximaler Strom und ihre maximale Spannung die Art des zu prüfenden Prüflings bestimmen.
Wie lange wird eine Brennstoffzelle normalerweise getestet? Gibt es einen Marktstandard?
Die Dauer einer Prüfung kann von einigen Minuten bis zur Messung einer Strom-Spannungs-Kennlinie über mehrere Monate reichen. Im letzteren Fall würde es sich um eine Dauerhaftigkeitsprüfung handeln. Daher hängt der Zeitbedarf für die Tests stark vom jeweiligen Anwendungsfall ab.
Beitrag von Leancat
Leancat s.r.o. entwickelt und fertigt professionelle Prüfgeräte für Brennstoffzellen. Aufbauend auf umfangreichem Wissen aus der Entwicklung und Anwendung der Brennstoffzellentechnologie können wir Kunden aus Wissenschaft und Industrie ein breites Portfolio an Brennstoffzellen-Testständen für PEM-Brennstoffzellen und SOFC anbieten. Die Standardkonfigurationen decken Leistungsbereiche von 100 W bis 20 kW ab, und wir bieten eine Vielzahl von Anpassungsmöglichkeiten auf der Grundlage der Anforderungen unserer Kunden.
Letzte Aktualisierung: 15.1.2023