Open Access

Jan Makowiec

• Diese wissenschaftliche Arbeit befasst sich mit der Entwicklung und Konstruktion des Anodenpfads eines modularen, skalierbaren Prüfstands für Brennstoffzellensysteme mit Polymerelektrolytmembran (PEM-FC). Besagter Prüfstand ist darauf abgerichtet, das gesamte vorliegende System, wie es zur Energiebereitstellung in Fahrzeugen vorkommt, zu testen. Das Ziel sind dabei die Funktionsprüfung sowie dieDiese wissenschaftliche Arbeit befasst sich mit der Entwicklung und Konstruktion des Anodenpfads eines modularen, skalierbaren Prüfstands für Brennstoffzellensysteme mit Polymerelektrolytmembran (PEM-FC). Besagter Prüfstand ist darauf abgerichtet, das gesamte vorliegende System, wie es zur Energiebereitstellung in Fahrzeugen vorkommt, zu testen. Das Ziel sind dabei die Funktionsprüfung sowie die Validierung der Auslegungen und Berechnungen, bevor das System in Prototypenfahrzeugen getestet wird. Dieser Aspekt ist für die Umsetzung von großer Bedeutung, da Brennstoffzellensysteme, je nach Anwendungsbereich, unterschiedliche Komponenten, Leistungen sowie Anforderungen aufzeigen. Außerdem soll der Prüfstand, von den Gegebenheiten her, denen einer Fahrzeuganwendung stark ähneln, um vergleichbare Ergebnisse zu erzielen. Modular bedeutet dabei, dass ohne einen aufwändigen Umbau des Prüfstands viele verschiedene Systeme, auch Mehr-Stack-Systeme, getestet werden können. Es werden also Anschlussmöglichkeiten und Vorrichtungen für diverse, nicht bei jedem Brennstoffzellensystem vorkommende Komponenten wie z.B. eine aktive Rezirkulation mithilfe eines Rezirkulationsgebläses oder einen Vorwärmer, vorgesehen. Skalierbar bedeutet in diesem Anwendungsfall, mit verschiedenen Systemen und unterschiedlichen Leistungen gleichermaßen zu funktionieren, um Umbaumaßnahmen und den Fertigungsaufwand für verschiedene FC-Systeme möglichst geringzuhalten. Im Entwicklungsprozess wird aus Zeitgründen lediglich der Wasserstoffpfad an der Anode des/der Stacks betrachtet sowie umgesetzt. Außerdem setzt ein gasdichter Bereich mit Absaugung zum Explosionsschutz um die wasserstoffführenden Komponenten eine Grenze, sodass z.B. die Gasversorgung nicht berücksichtigt wird. Um die Effizienz der Brennstoffzellensysteme zu steigern, eine Vielzahl von Brennstoffzellensystemen umsetzen und testen zu können, sowie eine lange Einsatzzeit in der Zukunft des Prüfstands zu gewährleisten, müssen außerdem innovative Konzepte oder Komponenten aus der Fahrzeugindustrie betrachtet werden.…
• The main purpose of this paper is to describe the development process of the hydrogen part of a modular, scalable test bed for fuel cell systems with a polymer-electrolyte-membrane (PEM-FC). Before being tested in prototype cars the fuel cell systems as well as the results of the development need to be tested for function and be verified. This being the task of the test bed has a big impact onThe main purpose of this paper is to describe the development process of the hydrogen part of a modular, scalable test bed for fuel cell systems with a polymer-electrolyte-membrane (PEM-FC). Before being tested in prototype cars the fuel cell systems as well as the results of the development need to be tested for function and be verified. This being the task of the test bed has a big impact on the development, as different fuel cell systems have differing demands depending on their use case. So, the inclusion of many different components like a preheater for the hydrogen supply or a recirculation for the excess hydrogen after the reaction is necessary. To gain comparable results, the test bed should simulate the application in a vehicle as closely to reality as possible. Being a „modular“ test bed means an easy changeability of the components of the fuel cell systems without complicated and time-consuming rebuilding. This way, many different systems with varying components or varying amounts of fuel cell stacks, can be tested. The term “scalable” describes the development of e.g. the piping to work with different fuel cell stacks of varying power. This way, the effort to change to a different FC-system can be minimalized. As mentioned, this paper deals only with the anode part of the fuel cell test bed which is the hydrogen part of the system. Also, there will be a gastight separate room for all the components dealing with hydrogen. This marks another boundary, so e.g. the gas supply isn’t taken into account in this paper. To ensure a long life of the test bed in the future, to increase efficiency and to be able to test many different fuel cell systems, innovative concepts of the automotive industry need to be analyzed. That way they can be included in future tests even if they’re no part of most fuel cell systems nowadays.…