Beim Brennstoffzellenmodul für den Flüssigwasserstoff standen in den vergangenen Wochen die Tests des Systems im Mittelpunkt. Dabei wurde das Brenstoffzellensystem erstmals vollständig in Betrieb genommen und erzeugte erfolgreich Strom.
Diesem Ergebnis ging eine umfangreiche Testphase voraus. Zunächst wurden die einzelnen Subsysteme geprüft, der Kathodenpfad für die Luftzufuhr, der Anodenpfad für die Wasserstoffzufuhr sowie das Kühlsystem.
Die Subsysteme
Der Kathodenpfad versorgt die Brennstoffzelle mit Luft und besteht aus drei Hauptkomponenten. Ein Kompressor erzeugt den erforderlichen Massenfluss und Druck im Luftkreis, ein Ladeluftkühler senkt anschliessend die Temperatur der komprimierten Luft, und ein Befeuchter stellt die korrekte Luftfeuchtigkeit sicher, bevor die Luft in die Brennstoffzelle gelangt. Massgeblich ist dabei eine zuverlässige Regelung von Druck, Massenfluss und Feuchtigkeit.
Um diese sicherzustellen, kam ein eigens entwickeltes digitales Modell der Brennstoffzelle zum Einsatz. Mit dem Model liess sich das Regelsystem bereits vor dem eigentlichen Test grob einstellen. Die im Test gewonnenen Daten flossen anschliessend zurück in das Modell, auf dessen Grundlage die Regler nachjustiert wurden. Dieser modellbasierte Ansatz ermöglicht eine rasche Optimierung der Regelung und macht ein mühsames empirisches Herantasten überflüssig.
Im Anodenpfad wird der Brennstoffzelle bewusst mehr Wasserstoff zugeführt, als sie benötigt. Den Überschuss führt ein Rezirkulationsgebläse zurück, während Wasserabscheider das sich ansammelnde Wasser sowie den Stickstoff aus dem Kreislauf entfernen. Geregelt wird hier ausschliesslich der Druck, und zwar über ein Proportional-Magnetventil.
Darin liegt zugleich die grösste Herausforderung. Der Druck im Anodenpfad darf nur geringfügig vom Druck im Kathodenpfad abweichen, da die Brennstoffzelle andernfalls Schaden nimmt. Die Regelung muss entsprechend präzise arbeiten und deshalb wurde auch dafür ein modellbasierter Ansatz gewählt.
Zusammenspiel und Integration
Beide Pfade wurden zunächst getrennt getestet und optimiert. Anschliessend wurden Anode und Kathode gleichzeitig betrieben, noch ohne die Brennstoffzelle, wobei sich bestätigte, dass der Druckunterschied zwischen den beiden Subsystemen stabil und innerhalb der erlaubten Grenzen bleibt. Damit war die wichtigste Voraussetzung für die Integration erfüllt.
Im letzten Schritt erfolgte die Integration des Brennstoffzellenstacks. Dank der gründlichen Tests der Subsysteme und der Erfahrungen aus dem Brennstoffzellensystem der H2-Sling verlief der erste Versuch ohne grössere Schwierigkeiten, und das System erzeugte auf Anhieb Strom.
In einem nächsten Schritt wird das System mit neuen, optimierten Komponenten ausgerüstet, um die Effizienz weiter zu steigern. Ziel ist es, die volle Leistung von 100 kW zu erreichen.
