Zentrum für
BrennstoffzellenTechnik
ZBT GmbH

Ihr Kontakt

Dr.-Ing. Peter Beckhaus

Abteilungsleiter der Abteilung Brennstoffzellen- und Systemtechnik

Tel.: +49-203-7598-3020
p.beckhaus(at)zbt-duisburg.de

MSR-Technik für Brennstoffzellensysteme

Steuergerät

Das Steuergerät des ZBT wurde für die Steuerung und Regelung von Brennstoffzellensystemen mit dem Anspruch der flexiblen Nutzung für verschiedene Systemkonfigurationen und Regelungsphilosophien entwickelt. So befinden sich neben den Standardmessgrößen, wie der Stackspannung mittels Spannungsteiler und der Vorbereitung einer Strommessung mittels Kompensationsstromwandler, eine Vielzahl weitere Ein- und Ausgänge auf dem Steuergerät. Grundlegende serielle Schnittstellen sind selbstverständlich vorhanden. Das Steuergerät basiert auf einer zweilagigen Platine, was die Arbeit mit dem Steuergerät übersichtlich und die Herstellung günstig macht.

Atmega128-matlab-simulink

Das Steuergerät basiert auf dem Mikrocontroller ATmega128 der Firma Atmel. Für eine besonders einfache und effektive Implementierung von komplexen Regel- und Steueralgorithmen wurde eine Bibliothek entwickelt, die es ermöglicht direkt aus MATLAB/Simulink® die Programmierung des Mikrocontrollers vorzunehmen. MATLAB/Simulink® ist eine intuitiv zu bedienende und gleichzeitig eine der anspruchsvollsten Programmiersprachen und gehört zu den Standardwerkzeugen in Telekommunikation und Regelungstechnik. 

BeschreibungAnzahlBereich
Analoger Eingang70 .. 5V, gefiltert,10 Bit Auflösung
Analoger Eingang10 … 55 V, (1:11 Spannungsteiler)
Treiber für Kompensationsstromwandler1+ - 12V
Analoger Ausgang20 … 5 V, max. 20 mA, 12 Bit
Analoger Ausgang20 … 10 V, max. 20 mA, 12 Bit
Digitaler Ausgang8<40 V, <10 A
Digitaler Eingang/Ausgang8CMOS-/TTL-Pegel
PWM Ausgang3<40 V, <20 A, < 2 kHz
PWM Ausgang3CMOS-/TTL-Pegel, <2 kHz
I2C1< 400kHz
SPI1
RS-2321<= 115200 bit/s
USB (serieller Com-Port)1<= 115200 bit/s
JTAG1Für die Programmierung

Die Entwicklung dieses Moduls erfolgte im Rahmen des Projektes „Brennstoffzellen-Hybridsystem“ 286 ZBG, gefördert im Rahmen der Industriellen Gemeinschaftsforschung durch das BMWi über die AiF.

Messdatenerfassungsmodul

autarke Überwachungseinheit für Einzelspannungen, Temperatur und Druck

Brennstoffzellen-Messdatenerfassung

Als separates Modul wurde eine Einzelspannungserfassungslösung entwickelt, die auf hochauflösenden AD-Wandlern verbunden mit einem Spannungsteiler am Eingang basiert. Weiterhin bietet die Platine 16 Messeingänge für Thermoelemente. Die Platine benötigt eine Eigenspannungsversorgung von 12 V, als Datenschnittstellen dienen I2C und ein virtueller COM-Port (USB-Schnittstelle). Zusätzlich sind Vorrichtungen für optionale Drucksensoren installiert.

Durch den Mikrocontroller kann das Modul als autarke Überwachungseinheit fungieren und bei eventuellem Fehlverhalten Gegenmaßnahmen einleiten. Außerdem gewährt die Programmierung des Controllers in C eine sehr schnelle Reaktionsmöglichkeit. Über sieben digitale Ein-/Ausgänge kann aktiv auf ein Fehlverhalten reagiert werden. Weiter ist es auch möglich die Überwachungseinheit als untergeordnete Messeinrichtung mit dem Steuergerät zu kombinieren.

Zellspannungsmessung Temperaturmessstellen Drucksensoren
Anzahl der Messstellen 48 Kanäle 16 Kanäle (differentielle Messung) Max. 3 Sensoren (Typ AMS5812)
Messbereich 50 V/Kanal (gemeinsames Bezugspotential(GND)) 1,25 V für Thermospannungen bis 1000 °C Abhängig vom gewählten Sensortyp
Abtastgeschwindigkeit Bis zu 22 ms pro Kanal, 3 Kanäle nahezu zeitgleich abfragbar Bis zu 160 ms pro Kanal, 2 Kanäle nahezu zeitgleich abfragbar Max. 2 ms
Messgenauigkeit effektiv besser als 5 mV besser 40 µV Abhängig vom gewählten Sensortyp
Besonderheiten Externer Quarzoszillator zur Erhöhung der Abtastrate Interner Oszillator um hohe Messgenauigkeit zu erreichen Absolut- und Differenzdruckmessung
  • 12 V Versorgungsspannung
  • Je eine 2,5 V Referenzspannungsquelle für Spannung- und Temperaturmessung
  • 5 AD-Wandler (3x Spannung, 2x Temperatur bzw. differentielle Spannungsmessung)
  • Einzelspannungsbestimmung durch Differenzbildung mit Software
  • Maximale Übertragungsrate 1152000 Bit/s (RS232) oder 921600 Bit/s (USB)
  • Mikrocontroller aus der Atmega8-Reihe => hohe Verfügbarkeit
  • I2C-Bus (<400kHz)
  • Temperaturmessung nahe den Anschlüssen
  • Gefilterte Eingänge zur Vermeidung von hochfrequenten Störungen
  • Manueller Reset des Mikrocontrollers durch Taster auf der Platine oder durch externe Beschaltung
  • 7 digitale Ein-/Ausgänge um aktiv auf Ereignisse zu reagieren

Die Entwicklung dieses Moduls erfolgte im Rahmen des Projektes „HySport“ , gefördert im Rahmen des NIP durch das Bundesministerium für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung (03BS205B). 

Letzte Änderung:  01.08.2016