Mehr Sicherheit und Effizienz in automobilen Brennstoffzellen

Die globale Energiezukunft hängt zunehmend von innovativen Technologien ab, die eine nachhaltige und emissionsfreie Energieversorgung gewährleisten. In diesem Kontext hat sich Wasserstoff als wichtiger Energieträger etabliert, der insbesondere in der Brennstoffzellentechnologie fossile Energieträger ersetzen kann. Marquardt, Entwickler von Energiemanagementsystemen, hat sich auf die Entwicklung von Komponenten und Technologien spezialisiert, die die Effizienz und Sicherheit von Brennstoffzellensystemen erhöhen und zu deren Optimierung beitragen. Dabei profitiert das Unternehmen von seiner langjährigen Erfahrung mit Batteriemanagementsystemen (BMS) für die Elektromobilität, deren Funktionsweise zum Teil auf Brennstoffzellensysteme übertragbar ist. Diese Kombination von Know-how ermöglicht es, flexible und skalierbare Lösungen anzubieten, die sowohl für die Mobilität als auch für stationäre Energiespeicher der Zukunft entscheidend sind.

Präzise Zellspannungsüberwachung für hohe Sicherheit

Das Cell-Voltage-Monitoring (CVM) -System von Marquardt bietet eine hochentwickelte Lösung zur kontinuierlichen Überwachung der Spannung einzelner Zellen in Brennstoffzellen- oder Elektrolyseursystemen. Aufgrund der skalierbaren Systemarchitektur ist das CVM in der Lage, bis zu 1000 Kanäle gleichzeitig zu überwachen, was es ideal für Anwendungen mit einer hohen Anzahl von Zellen macht, wie sie in der Automobilindustrie und in stationären Energiespeichern vorkommen. Das CVM-System kann Zellspannungen im Bereich von -2,5 V bis +5 V messen, was die Zellblockmessung von mehreren Einzelzellen ermöglicht. Im Arbeitspunkt einer einzelnen Brennstoffzelle kann eine Genauigkeit von bis zu ±5 mV erreicht werden, wodurch kleinste Spannungsabweichungen sofort und präzise erkannt werden können.

Ein zentrales Merkmal des Systems ist die galvanische Trennung durch Transformatoren, die höchste Sicherheitsstandards erfüllt. Mit dem CVM-System kann eine ASIL-Einstufung von bis zu ASIL-B erreicht werden. Dies macht es besonders geeignet für sicherheitskritische Anwendungen, in denen ein Versagen schwerwiegende Folgen haben könnte. Darüber hinaus ist das CVM-System für einen breiten Betriebstemperaturbereich von -40 °C bis 105 °C ausgelegt, was seine Einsatzfähigkeit in unterschiedlichen Umgebungen sicherstellt. Optionale Erweiterungsmöglichkeiten, wie z. B. von externen Temperatursensoren oder integrierten Fehlerspeichern, erhöhen die Zuverlässigkeit und erleichtern Diagnosen des gesamten Brennstoffzellensystems.

Robuste Zellverbindung für zuverlässige Datenübertragung

Das Cell Voltage Pick-Up (CVP) von Marquardt ergänzt das CVM-System, indem es die physische Verbindung zwischen den Zellen eines Brennstoffzellenstapels oder Elektrolyseurs und dem CVM-System herstellt. Das CVP ist für raue Bedingungen ausgelegt und zeichnet sich durch seine Robustheit, Flexibilität und Zuverlässigkeit aus. Es ist an verschiedene Stack-Designs und Zellabstände anpassbar, selbst bei sehr geringen Abständen von unter 1 mm, was eine einfache Integration in bestehende Systeme ermöglicht. Zudem ist das CVP sehr widerstandsfähig gegen mechanische Erschütterungen und Vibrationen. Dadurch ist es für mobile und industrielle Anwendungen besonders geeignet.

Seine stabilen und korrosionsbeständigen Kontakte gewährleisten eine dauerhaft zuverlässige Überwachung in der anspruchsvollen Umgebung eines Brennstoffzellensystems. Die einfache Montage und Demontage des CVP reduziert den Zeitaufwand für die Installation und erhöht die Zuverlässigkeit des gesamten Systems, da die präzise Datenübertragung unter allen Bedingungen sichergestellt wird. Zudem ermöglicht das skalierbare Design den Einsatz desselben CVP-Designs mehrfach pro Zellstapel.

Umfassende Systemlösung für die Automobilindustrie und stationäre Speichersysteme

Die Kombination von CVM und CVP bietet eine umfassende Systemlösung für die Überwachung der Zellspannung in anspruchsvollen Anwendungen und findet insbesondere in der Automobilindustrie, bei stationären Energiespeichersystemen und in industriellen Anwendungen Anwendung. Bei mobilen Anwendungen ist die Überwachung der Zellspannung von entscheidender Bedeutung, um die Sicherheit und Zuverlässigkeit von Wasserstofffahrzeugen über die gesamte Lebensdauer zu gewährleisten. Das CVM ermöglicht es, fehlerhafte Betriebszustände anhand von Über- und Unterspannungen frühzeitig zu erkennen, während das CVP eine zuverlässige Datenübertragung auch unter extremen Bedingungen des Fahrbetriebs sicherstellt.

Für stationäre Energiespeichersysteme, die oft in großem Maßstab betrieben werden, bietet das CVM-System durch seine Skalierbarkeit und Präzision einen erheblichen Mehrwert. Die Möglichkeit, bis zu 1000 Zellen gleichzeitig zu überwachen, ermöglicht eine detaillierte Analyse und Optimierung des gesamten Systems, während das CVP für eine verlustfreie Übertragung der Zellspannungsdaten sorgt und so die Effizienz des Systems weiter steigert. In industriellen Anwendungen, insbesondere im Einsatz von Elektrolyseuren, sind Zuverlässigkeit und Anpassungsfähigkeit entscheidende Faktoren. Das CVP ermöglicht eine flexible Integration in verschiedene Stack-Designs, während das CVM-System die kontinuierliche Überwachung sicherstellt, um Produktionsausfälle zu vermeiden und die Qualität der Endprodukte zu gewährleisten.

Mit der fortschreitenden Entwicklung von Brennstoffzellen- und Elektrolyseursystemen wird die Kombination von CVM und CVP eine immer wichtigere Rolle spielen und die Grundlage für nachhaltige und effiziente Energielösungen der Zukunft bilden.

HV-Stromsensor: Präzise Überwachung für Hochspannungsanwendungen

Der Hochspannungs-Stromsensor (HV-Stromsensor) von Marquardt wurde entwickelt, um eine präzise Messung und Überwachung von Stromflüssen in Hochspannungsbatterien und Brennstoffzellensystemen zu ermöglichen. Dieser Sensor fußt auf einer Shunt-basierten Messmethode, bei der ein kleiner Spannungsabfall über einen Widerstand gemessen und in ein digitales Signal umgewandelt wird. Diese Methode bietet eine außergewöhnlich hohe Messgenauigkeit, die entscheidend für die Effizienz und Sicherheit moderner Energiesysteme ist. Mit einem Messbereich von -2000 A bis +2000 A ist der HV-Stromsensor geeignetl für Anwendungen mit hohen Stromstärken, wie sie in Brennstoffzellenfahrzeugen und stationären Energiespeichern vorkommen.

Der Sensor erreicht eine Messgenauigkeit von 0,05 % und ist in der Lage, schnelle Änderungen im Stromfluss mit einer Abtastrate von 1 kHz zu erfassen. Zusätzlich bietet der Sensor dank seiner skalierbaren Plattform-Architektur die Funktionen zur Isolationswiderstandsmessung, die sicherstellt, dass keine gefährlichen Spannungen auf das Fahrzeuggehäuse oder andere sicherheitsrelevante Teile übertragen werden. Diese Sicherheitsfunktionen, kombiniert mit der hohen Messgenauigkeit und Flexibilität, machen den HV-Stromsensor zu einer Schlüsselkomponente in der Entwicklung sicherer und effizienter Brennstoffzellensysteme.

Sicherheit durch frühzeitige Erkennung von Wasserstofflecks

Der H2-Leakage-Sensor von Marquardt ist eine entscheidende Komponente für die Sicherheit von Brennstoffzellensystemen, da er frühzeitig Wasserstofflecks erkennt und damit potenzielle Gefahren verhindert. Wasserstoff ist hochentzündlich und selbst kleine Lecks können zu schweren Unfällen führen, weshalb eine zuverlässige Überwachung unerlässlich ist. Der Sensor ist darauf ausgelegt, Wasserstoffkonzentrationen im Bereich unterhalb der Explosionsgrenze von 0-4Vol.-% präzise zu messen.

Der Sensor verwendet fortschrittliche Technologien wie thermische Leitfähigkeitssensoren, die besonders empfindlich auf Wasserstoff reagieren. Diese Sensoren messen die Wärmeleitfähigkeit der Umgebungsluft, die sich bei Vorhandensein von Wasserstoff signifikant ändert. Diese Änderungen werden in ein elektrisches Signal umgewandelt, das proportional zur Wasserstoffkonzentration ist. Dank dieser hohen Empfindlichkeit und der schnellen Reaktionszeit des Sensors von unter drei Sekunden können potenzielle Lecks frühzeitig erkannt und sofortige Sicherheitsmaßnahmen eingeleitet werden. Weitere Messgrößen sind Temperatur, Feuchtigkeit und Umgebungsdruck.

Der H2-Leakage-Sensor erfüllt die Schutzklasse IP67, was bedeutet, dass er staubdicht ist und gegen zeitweiliges Untertauchen in Wasser geschützt ist. Zudem entspricht er den Anforderungen der Automobil-Sicherheitsintegritätsstufe ASIL B, was seine Eignung für sicherheitskritische Anwendungen unterstreicht. Als Schnittstellen werden Varianten mit CAN sowie Analogausgang angeboten.

Der Sensor ist in einer Vielzahl von Anwendungen einsetzbar, neben Brennstoffzellenfahrzeugen auch in industriellen Produktionsanlagen und Wasserstoffkraftwerken. Seine Integration in das Steuerungssystem von Brennstoffzellensystemen ermöglicht eine kontinuierliche Überwachung und sorgt dafür, dass bei einer Leckage sofortige Gegenmaßnahmen ergriffen werden. Dies erhöht nicht nur die Sicherheit, sondern auch die Zuverlässigkeit und Langlebigkeit der Systeme.

Komponenten für die Zukunft der Wasserstoffwirtschaft

Die vorgestellten Technologien sind nicht nur entscheidend für die Sicherheit und Effizienz von Brennstoffzellensystemen, sie tragen auch zur erfolgreichen Umsetzung der Energiewende bei. Mit einem klaren Fokus auf die Anforderungen von Entwicklern und Ingenieuren werden diese Lösungen sowohl den aktuellen Herausforderungen als auch den zukünftigen Anforderungen der Wasserstoffwirtschaft gerecht. Dabei stellt die Fähigkeit, komplexe Systeme präzise zu überwachen und potenzielle Gefahren frühzeitig zu erkennen, sicher, dass Brennstoffzellensysteme auch in anspruchsvollen Anwendungen zuverlässig und effizient arbeiten. Marquardt leistet damit einen wichtigen Beitrag zur Entwicklung nachhaltiger und sicherer Energiesysteme. So trägt das Unternehmen nicht nur zur Technologieentwicklung bei, sondern unterstützt auch die gesamte Industrie auf ihrem Weg in eine klimaneutrale Zukunft. (neu)