Entwicklung von Verschaltungskonzepten modularer Brennstoffzellensysteme für luftfahrtrelevante Anwendungen

Abstract

Gegenstand der vorliegenden Arbeit ist die Entwicklung von Verschaltungskonzepten für ein modulares Brennstoffzellensystem für Luftfahrtanwendungen. Im Fokus stehen hierbei die elektrische Kopplung und Steuerung der Systeme in einem Verbund für die Bereitstellung elektrischer Leistung sowie sauerstoffabgereicherter Luft (ODA) durch Reduzierung der Kathodenstöchiometrie der Brennstoffzellen. Aus Luftfahrtregularien und Dokumentationen vorangegangener Studien werden die Randbedingungen und eine Referenzflugmission abgeleitet, die als Grundlage zur Erstellung zweier Anforderungsprofile dienen, eines für elektrische Leistungsbereitstellung und eines für die ODA-Erzeugung. Um die relevanten Betriebsbereiche der Brennstoffzellen zu identifizieren, wird ein Teststandsaufbau samt anforderungsgerechter Steuerung und Regelung entwickelt und in Betrieb genommen. Die nachfolgende Charakterisierung der einzelnen Systeme und des Systemverbunds im Hinblick auf Funktionalität, Leistung und ODA-Erzeugung bildet gemeinsam mit den erstellten Anforderungsprofilen die Basis für die Entwicklung von möglichen Betriebskonzepten. Zwei vorteilhafte Strategien wurden herausgearbeitet und dargestellt. Die angestrebte Redundanz innerhalb des Verbunds begründet die Wahl einer Strategie zur Erfüllung der Anforderungen während des Referenzflugzyklus und wird durch einen entsprechenden Laborversuch experimentell nachgewiesen.