Messfehleranalyse eines Brennstoffzellen-Teststands

Abstract

Bei der Erforschung der Funktionsweise von Hochtemperatur-Brennstoffzellen, die bei bis zu 800 °C und unter erhöhtem Druck von 8 bar betrieben werden, kommen viele Messeinrichtungen zum Einsatz. Um die Forschungsergebnisse im messtechnischen Sinn qualitativ bewerten zu können, wurde an einem SOFC-Teststand des DLR eine Messfehleranalyse vorgenommen. Um Messfehler zu identifizieren, wurden im ersten Teil dieser Arbeit verschiedenste Messketten in einem breiten Messspektrum kalibriert. Bei der Messung der Temperatur, wurde im hohen Temperaturbereich ein Messfehler von + 15 °C ermittelt. Eine Untersuchung auf Gasleckage ergab einen Wasserstoffverlust von bis zu 5,5 %. Um eine Aussage über die Qualität der am Teststand gewonnenen Forschungsergebnisse zu erhalten, wurden im zweiten Teil die Messunsicherheiten aller Messgrößen bestimmt. Unter Anwendung eines Simulationsprogramms, wurden die Auswirkungen der Messunsicherheit einzelner Messgrößen auf die Leistung der Brennstoffzelle untersucht. Die Temperaturmessung erwies sich als größter Unsicherheitsindikator. Anhand weiterer Simulationen wurde die maximale und wahrscheinliche Gesamtmessunsicherheit des Teststands bestimmt. Treten alle Messunsicherheiten gleichzeitig und vorzeichentreu auf, beträgt die Messunsicherheit bei einer Spannung von 0,7 V und in einem Temperaturbereich von 700 bis 800 °C, + 5% und - 6%. Die wahrscheinliche Messunsicherheit, bei der 95% aller Messwerte liegen, beträgt ± 4%.