Skip to main content
Anwendungsfälle
zuverlässig Flotten-Daten aufzeichnen

Brennstoffzellen-Antrieb Funktionsprüfung

Fahrzeuge mit Brennstoffzellen-Antrieb sind eine Ergänzung zu rein Batterieelektrisch-angetriebenen Fahrzeugen in der Elektromobilität. Mit Hilfe eines elektrochemischen Reaktors wird elektrische Energie gewonnen, die für den Antrieb und weitere Fahrzeugsysteme zur Verfügung steht. Auf Prüfständen wird das Zusammenspiel des Brennstoffzellen-Stacks mit seiner Medienversorgung und den weiteren Komponenten im Antriebsstrang überprüft. In diesem Beispiel erfahren Sie, wie die nötigen Messungen einfach und synchron durchgeführt werden.

Icon Background

Hintergrund

Im Brennstoffzellen-Stack werden zahlreiche Brennstoffzellen, die in Serie geschalten werden, zusammengefasst. In einer sogenannten "kalten Verbrennung" wird in diesen Zellen aus Wasserstoff und Luftsauerstoff elektrische Energie gewonnen. Um diesen Vorgang kontrolliert ablaufen zu lassen, müssen die Wasserstoff- und Luftsauerstoffzufuhr genau geregelt sowie der gesamte Brennstoffzellen-Stack in einem definierten Temperaturbereich gehalten werden.

Der brennstoffzellen-elektrische Antrieb ist meist eine eigene komplette Zulieferkomponente eines Fahrzeugs. Im Verbund mit den anderen Komponenten des Fahrzeug-Antriebsstranges ergibt sich die Gesamt-Fahrzeugleistung und -dynamik. Die Kenndaten, Funktionen und Eigenschaften des Brennstoffzellen-Antriebs werden auf Prüfständen bis zur Auslieferung mit unterschiedlichen Tests nachgewiesen. Dafür müssen Strom, Spannung und Leistung sowie weitere Messgrößen, wie Temperaturen, Durchflussraten, Drücke und Feuchtigkeit, an verschiedenen Punkten im Brennstoffzellen-Stack und Antriebsstrang erfasst werden.

Messaufgabe

Erfassung von Strom, Spannung und Leistung sowie weiterer Messgrößen, um Kenndaten, Funktionen und Eigenschaften des Brennstoffzellen-Antriebs zu prüfen.

Icon Challenge

Herausforderung

Die Funktionstests umfassen alle Betriebsfunktionen wie Kühlkreislauf, Kühlregelung, Heizung, Wasserstoffpfade (Anodenpfad), Luftpfade (Kathodenpfad), Hochvoltpfade, Sensorik und Brennstoffzellensteuergerät. Zur Funktionsprüfung und Validierung des Brennstoffzellen-Antriebssystems ist die hochgenaue Messung von unterschiedlichsten physikalischen Parametern erforderlich. Neben Temperaturen, Volumenströmen, Feuchte und Drücken sind Hochvolt-sichere Messungen von hohen Strömen, Spannungen in den Hochvoltpfaden notwendig. Daraus werden die abgegebene Energie, die Leistung und der Wirkungsgrad berechnet.

Mit der Validierung werden die System-Anforderungen wie Leistungsparameter, Reaktionsgeschwindigkeit bei Laständerungen oder Lebensdauer mit Versuchen und Dauerläufen nachgewiesen.

Durch die Strom- Spannungs-, und Leistungsmessung wird der korrekte Betrieb in den verschiedenen Betriebsphasen geprüft. Beispielsweise der Kennlinienverlauf der Leistung während der Warmlaufphase, für Anfahren, Lastwechsel, Teillast- und Spitzenlast sowie verschiedener anderer markanter Betriebspunkte.

Letztlich werden die spezifizierten Wirkungsgradkennlinien des Brennstoffzellen-Antriebs nachgewiesen. Der Wirkungsgrad ist die abgegebene Energie im Verhältnis zum verbrauchten Wasserstoff. Er ist abhängig vom Lastpunkt und der optimalen Versorgung mit den unterschiedlichen Medien: Wasserstoff, Luftsauerstoff, Feuchtigkeit und Kühlung. Eine nichtoptimale Versorgung, beispielsweise der Stackbefeuchtung, führt zu einem Abfall der Stapelspannung.

Bestandteile des Brennstoffzellen-Stacks
Bestandteile des Brennstoffzellen-Antriebs
Antriebsstrang
Antriebsstrang
Icon Solution

CSM Messtechnik-Lösung

Mit Messmodulen und weiteren Komponenten aus dem Vector CSM E-Mobility-Messsystem können die zahlreichen benötigten Messgrößen erfasst und die Parameter genau analysiert werden.

  • Ein Messmodul AD4 pro MC10 erfasst die Daten von Durchflusssensoren in der Wasserstoff-Zufuhr.
  • Mit einem Temperatur-Messmodul HV TH8 evo werden Temperaturen im Brennstoffzellen-Stack mit Hilfe von herkömmlichen Thermoelementen Hochvolt-sicher gemessen.
  • Zahlreiche Standardsensoren messen Durchfluss, Feuchte und Drücke in der Sauerstoff-Zufuhr. Die HV-Sicherheit wird durch ein Messmodul HV ADMM 4LI gewährleistet, das die Daten dieser Sensoren erfasst.
  • Hochvolt Breakout-Module messen an verschiedenen Stellen im Brennstoffzellen- und Fahrzeugantrieb HV-sicher Strom und Spannung und errechnen die Momentanleistung.
  • An Stellen, die keine HV-sichere Messtechnik erfordern, wie zum Beispiel der Versorgung des Zirkulationsgebläses, können die Ströme mit LEM Sensorpaketen gemessen werden.
  • Ein Vector VX Interface erfasst zusätzliche Daten aus dem Brennstoffzellen-Steuergerät.
  • Ein XCP-Gateway 4S pro erfasst alle Messdaten über EtherCAT synchron und bündelt CAN-Messdaten. Alle erfassten Daten werden an die DAQ weitergegeben.
Funktionsprüfung des Brennstoffzellen-Antriebs in der Systematik des E-Mobility Messsystems
Funktionsprüfung des Brennstoffzellen-Antriebs in der Systematik des E-Mobility-Messsystems
Funktionsprüfung des Brennstoffzellen-Antriebs im Fahrzeug
Dank der kompakten Baugröße können die Messmodule auch im Fahrzeug verbaut und die Ergebnisse der Funktionsprüfung im Fahrversuch überprüft werden.
Icon Benefits

Vorteile

Mit den konventionellen- und Hochvolt-Messmodulen von CSM kann der Prüfstand genau nach den Mess-Anforderungen ausgerüstet werden. Hochvolt-Messmodule werden an HV Komponenten eingesetzt, in denen im Hochvolt-kritischen Stellen gemessen wird. Schnelle EtherCAT Messmodule erlauben eine hohe Abtastrate.

Durch die fein abgestimmten Komponenten des Vector CSM E-Mobility-Messsystems lässt sich der Messaufbau anwendungsspezifisch skalieren und bei Bedarf einfach erweitern. Für die genaue Leistungsanalyse ist die Vector Software vMeasure exp mit dem eMobilityAnalyzer ideal.

Verwendete Produkte

Verwendete Hardware

XCP-Gateway

XCP-Gateway

Die Protokollumsetzer für EtherCAT® und CAN auf XCP-on-Ethernet

Das XCP-Gateway ist die Schnittstelle zwischen Datenerfassungs-Software (bspw. vMeasure, CANape®, INCA®, Vision® ...) und den EtherCAT®-Messmodulen von CSM. Es beinhaltet einen EtherCAT®-Master und einen XCP-on-Ethernet-Slave.

Weiterlesen
Produkt HV TH Messmodule

HV TH Messmodule

Sichere Temperaturmessung mit Typ K-Sensoren

Sichere Temperaturmessungen mit Thermoelementen an Hochvolt-Komponenten: Die HV-sicheren Thermo-Messmodule wurden speziell für das zuverlässige Erfassen von Temperaturen in Elektro- und Hybrid-Fahrzeugen entwickelt.

Weiterlesen
HV AD CAN Messtechnik

HV AD CAN Messmodule

Messbereiche bis ±90 V

Analogsignale an HV-Komponenten sicher erfassen: Mit den HV AD Messmodulen bietet CSM Allround-Messtechnik für Sensoren mit analogen Spannungsausgängen oder Messungen von analogen Spannungen bis ±90 V im HV-Umfeld.

Weiterlesen
E-Mobility-Messsystem

Das Vector CSM E-Mobility-Messsystem

Das Messsystem für die Entwicklung der Elektromobilität

E-Mobility: Sicher messen an Hochvolt-Komponenten von Elektro- und Hybrid-Fahrzeugen Die Elektromobilität nimmt weiter Fahrt auf. Verschiedene Energiespeicher, Antriebs- und Ladesysteme weisen den Weg in die elektrische Mobilität. Die Entwicklung von Hochvolt-Batterien, Invertern und Elektromotoren stellt hohe Anforderungen an die Messtechnik, um die richtigen Ergebnisse für die weitere Optimierung zu erhalten. Gemeinsam mit Vector Informatik hat CSM ein Messsystem entwickelt, das keine Wünsche offen lässt.

Weiterlesen
HV Breakout-Module 1.1, 1.2

HV Breakout-Modul 1.2

Einphasige Messung von Innenleiterstrom und Spannung

Die HV Breakout-Module (BM) vom Typ 1.2 wurden speziell für die sichere und präzise einphasige Messung in getrennten HV+ und HV- Kabeln konzipiert. Innenleiterstrom und Spannung werden direkt erfasst und die Momentanleistung online im Modul berechnet.

Weiterlesen
HV Breakout-Modul 1.1

HV Breakout-Modul 1.1

Einphasige Messung von Innenleiterstrom und Spannung

Die HV Breakout-Module (BM) vom Typ 1.1 wurden speziell für die sichere und präzise einphasige Messung in einem HV-Spannung führenden Kabel konzipiert. Innenleiterstrom und Spannung werden direkt erfasst und die Momentanleistung online im Modul berechnet.

Weiterlesen

Verwendete Software

Software CSMconfig

Logo CSMconfig

Messketten schnell konfiguriert: CSMconfig (mit CSMview) ist die verlässliche Konfigurationssoftware für alle CAN- und EtherCAT®-basierten Messmodule von CSM. Die einheitliche und komfortable Oberfläche ermöglicht ein einfaches Einstellen aller Messparameter. Das beschleunigt den Messaufbau.

Weiterlesen
vMeasure exp

vMeasure exp

Komplexe Messtechnikaufgaben sicher lösen

vMeasure exp von Vector Informatik ist die einfach zu bedienende Datenerfassungs-Software für CAN- und EtherCAT®-basierte Messmodule von CSM. vMeasure exp bietet den vollen Umfang an Funktionen, die Sie von einer modernen DAQ-Software erwarten.

Weiterlesen