Stand-alone DMFC-System als Batterie-Extender

Kurzfassung

Diese Diplomarbeit befasst sich im Rahmen eines durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung geförderten Projekts mit der Weiterentwicklung eines autarken Direktmethanol-Brennstoffzellensystems (DMFC-System) im Leistungsbereich von 100 W, das auf einem Solarboot als Batterie-Extender zur Akku-Ladung verwendet werden soll. Nach Einarbeitung in das vorhandene Teststandsystem einer vorhergehenden Arbeit, musste zuerst eine Auswahl der Komponenten wie z.B. Verdichter, Pumpen etc. erfolgen. Hierbei musste zuerst überprüft werden, ob die Komponenten die Mindestanforderungen des Systems erfüllen. So wurde z.B. im Falle der Dosierpumpe überprüft, ob ihre Fördermenge pro Minute ausreichend ist, wenn es gilt den Methanolverbrauch bei maximaler Stackleistung auszugleichen. Bei der Komponentenauswahl musste aber auch deren Leistungsaufnahme überprüft werden. Würden die Komponenten zu viel Leistung aufnehmen, so würde dies den Gesamtwirkungsgrad des Systems zu stark herabsetzten. In einem separaten Aufbau wurden die elektronischen Komponenten des Solarboots mittels Solar-Laderegler, Blei-Akku und elektronischer Last exemplarisch aufgebaut. Da der Solar-Laderegler die Anforderungen vorgibt die das DMFC-System erfüllen muss, wurde er auf Verhalten und Funktion getestet. Der Solar-Laderegler wurde z.B. auf seine minimale Eingangsspannung untersucht, bei der er den Akku noch ausreichend laden kann. Aber auch sein Verhalten bei Erreichen der Ladeschlussspannung des Akkus war von großem Interesse, da es unter Umständen. zur Zerstörung des DMFC-Stacks führen könnte. Nachdem die Komponentenauswahl gemacht war und das System seine allgemeine Funktionsfähigkeit auf Teststandbasis unter Beweis gestellt hatte, mussten Regelungen für das Temperatur- und Wassermanagement des DMFC-Systems entwickelt und durch Versuche verifiziert werden. Anschließend wurden einzelnen Betriebsprozeduren wie z.B. Systemstart, Lastregelung und Abschaltprozedur programmiert und getestet. Für das autarke System wurde nach Festlegung der benötigten analogen und digitalen Ein- und Ausgänge, die Mikro-Controller-Platine für die Systemsteuerung ausgewählt. Schließlich musste die Verschaltung zwischen DMFC-System und dem Solarboot geplant werden. Hierbei war zu beachten, dass für die Stromversorgung der Komponenten wenn möglich kein weiterer DC-DC-Wandler verwendet werden sollte, da dieser wieder Leistungsverluste aufweisen würde. Des Weiteren mussten Sicherheitsvorkehrungen getroffen werden, die einen Stromfluss vom DMFC-System zu den Photovoltaikmodulen bzw. von den Photovoltaikmodulen zum DMFC-System verhindern.