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BSc in Elektro- und KommunikationstechnikBIBEBUVAH2-Brennstoffzellen-LadegerätEnergietechnologien / Betreuer: Prof. Michael HöckelExperte: Dr. Marco SantisAus dem Blickwinkel der Wirkungsgradberechnung betrachtet, sind DCDC-Wandler in Brennstoffzellen-Batterie-Systemen die kritischen Elemente. Kann diese Komponente weggelassen werden, lässt sich derWirkungsgrad des Gesamtsystems um bis zu 10 % steigern. Zusätzlich trägt der Wegfall des Wandlers zurKostenreduktion des Brennstoffzellensystems bei.im Rahmen dieser Arbeit wird ein marktnahes System aufgebaut, mit welchem die Direkt-Parallelschaltungdemonstriert werden kann.AusgangslageDie BFH hat in Zusammenarbeitmit der CEKA ein luftgekühltesPEM- Brennstoffzellensystem mitdem Produktnamen IHPoS für denLeistungsbereich von 300 – 1500 Wentwickelt. Bis dato ist jedes gebauteSystem mit einem DCDC-Wandler zwischen Brennstoffzellen-Stackund Batterie versehenworden. Diese Wandler sind nichtnur teuer, sie vermindern auch denWirkungsgrad des Gesamtsystemesund tragen zu dessen Komplexitätbei. In der vorliegendenArbeit ist die Machbarkeit einerDirektschaltung ohne Wandlerdargelegt. Als Anwendung ist einLadegerät für Bleibatterien imCampingbereich vorgesehen.LösungsansätzeDa sich bei vorgängigen Simulationenzeigte, dass es sich alsschwierig erweisen würde, diebeiden Redox-Systeme Brennstoffzelleund Batterie, im vorliegendenFall handelt es sich bei derBatterie um einen Bleiakkumulator,in den für beide Systeme optimalenParametern zu bewegen, isteine zweistufige Lösung angedachtworden. Die Batterie und dieBrennstoffzelle sind über einenDCDC-Wandler miteinander verbunden,welcher mittels einer Relaisschaltungumgangen werdenkann. Diese Auslegung erlaubt es,die Systeme sicher hoch zu fahrenund bei passenden Parametern(gleich hohe Spannungsniveaus)auf Direktbetrieb umzuschalten.RealisierungUm eine genügende Anzahl aussagekräftigeMessungen zu erhaltenund das System Brennstoffzelle – Batterie besser unterKontrolle halten zu können, startetedie Arbeit mit einem Testaufbauim Brennstoffzellenlabor derBFH. Unter Berücksichtignung derAuswertungen aus den Messreihenwurde in einem weiterenSchritt ein Funktionsmuster aufgebaut.Neben der Direktschaltungist auch eine neuartige Variante fürden DCDC-Wandler in die Arbeiteingeflossen. Durch die ähnlichkeitim elektrischen Verhalten derBrennstoffzelle mit einer Solar zellekam als Wandler ein Solar-Ladereglerzum Einsatz. Dieser elaubtees den Fokus auf die Regelung derGasflüsse für die Brennstoffzelleim Direktbetrieb zu legen.AusblickEs zeigte sich, dass die Einhaltungder Betriebsgrenzen der beidenRedox-Systeme erhöhte Anforderungenan die Regelung stellen.Die realisierte Variante mit stromabhängigerLuftzufuhr stellt nureinen ersten Schritt in eine neueArt der Prozesskontrolle bei PEM-Brennstoffzellen dar.Bevor aber weitere Arbeit in dieseRichtung investiert wird, muss derGewinn an Wirkungsgrad gegendie erschwertere Regelbarkeit abgewogenwerden.Daniel LüdiLUD@gmx.chUmgehung DCDC-WandlerIn Transportbox integriertes Funktionsmusterti.bfh.ch125