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DC/DC-Leistungselektronik für Elektrolyseure, Brennstoffzellen und Batterien

 

Lesedauer – ca. 5 Minuten – Dieser Beitrag handelt von den Anforderungen an DC-Leistungselektronik in Brennstoffzellen- bzw. Energiespeicher-Applikationen

 

 

Seit Jahrzehnten sind unterschiedlichste DC/DC-Wandler in verschiedensten Ausführungen und Topologien auf dem Markt erhältlich. Innerhalb der letzten Jahre erleben DC/DC-Wandler jedoch eine wahre Renaissance und erobern innovative Märkte. Diese neuen Anwendungsbereiche gehen mit deutlich gesteigerten Anforderungen in Bezug auf Regel- und Messtechnik sowie Datenerfassung und Datenübertragung einher.

 

Während Politik und Industrie auf der Suche nach einer optimalen Speichertechnologie wahlweise Wasserstoff oder Batteriespeichern den Vorzug geben, bleiben die Anforderungen an die notwendige Leistungselektronik nahezu gleich. Sowohl Akkumulatoren als auch Brennstoffzellen liefern je nach Betriebspunkt, Last und Umgebungsbedingungen variierende Spannungen. Auch der Betrieb von Elektrolyseuren erfordert abhängig von verschiedenen Parametern eine steuerbare Spannungsversorgung.

 

Abbildung 1: GUI zu Parametrierung, Steuerung und Diagnose der DC/DC-Wandler

 

Um sowohl Elektrolyseure, Brennstoffzellen als auch Batterien optimal zu versorgen bzw. zu betreiben, entwickelt Querom seit mehreren Jahren sowohl eingangs- als auch ausgangsseitig steuerbare DC/DC-Konverter.

 

Optimales Hardwaredesign für anspruchsvolle Anwendungen

In Bezug auf Wirkungsgrad, Kosten und Bauvolumen besitzt eine resonante LLC-Topologie technologische Vorteile gegenüber üblichen Topologien wie beispielsweise der einphasigen „Phase Shifted Fullbrigde“ (PSFB). Dem bei LLC-Convertern prinzipbedingt hohen Stromripple begegnet Querom mit einer Multiphasenanordnung. Diese Multiphasenanordnung reduziert die Kosten des Ausgangsfilters und ermöglicht Querom in Bezug auf die Leistung ein frei skalierbares, modulares System.

 


Abbildung 2: Ripplestrom vs. Phasenanzahl

 

Die Anforderungen an ein einerseits schnelles und andererseits batterieschonendes Laden stellen aus physikalischer Sicht einen Widerspruch dar. Um dennoch die wirtschaftlich sinnvollste Kombination dieser Anforderungen zu erreichen, sind neben einer präzisen Mess- und Regeltechnik auch Betriebs- und Systemparameter entscheidend.

So kann der ohmsche Widerstand der Leitungen im DC/DC-Wandler parametriert werden, um eine lastunabhängige Spannung an den Ladepunkten zu erreichen. Des Weiteren können über eine Sense-Leitung Parameter wie Strom, Spannung oder Temperatur direkt an der Batterie erfasst werden. Diese Informationen erlauben in Kombination mit in der Software integrierten parametrierbaren Ladealgorithmen eine optimale Versorgung verschiedenster Batterien.

 

Kommunikationsschnittstelle für eine applikationsgerechte Datenübertragung

 

Neben zahlreichen Konfigurationsparametern, welche auch einen Stand-Alone Betrieb ermöglichen, setzt Querom auf leistungsstarke Schnittstellen, die zentralen Steuergeräten einer Applikation die Regelung der DC-Versorgung in Echtzeit ermöglichen. Zusätzlich zu gängigen Bussystemen bietet Querom auch zur Fernwartung geeignete IOT-Module. Die Schnittstellen in Kombination mit einer präzisen Messtechnik erlauben eine detaillierte Diagnose, liefern Rückschlüsse über laufende Prozesse und beugen Ausfällen vor.

 

Das Thermomanagement erlaubt kundenspezifische Kühlkonzepte

 

Querom legt großen Wert auf eine flexible, kundenspezifische Integration seiner DC/DC-Wandler in unterschiedliche Applikationen. Aus diesem Grund sind aufgrund eines durchdachten Thermomanagements sowohl Kontakt-, Konvektions- oder Flüssigkeitskühlung möglich. Neben dem Kühlkonzept spielt bei einer applikationsgerechten Integration auch das Gehäuse eine wichtige Rolle.

Aus diesem Grund bietet Querom seinen Kunden verschiedene Gehäusevarianten von Open-Frame bis IP67.

 

Abbildung 3: Thermische Anbindung der verschiedenen Leistungseinheiten

 

Kundenspezifische DC/DC-Wandler

 

Querom entwickelt und fertigt kundenspezifische DC/DC-Wandler und Ladegeräte für unterschiedlichste Einsatzbereiche. Darüber hinaus erstellt Querom Analysen für komplexere Systemintegrationen und ermöglicht den Kunden durch Simulationen einen Einblick in deren geplante Applikationen.Gerne informieren wir Sie persönlich und freuen uns von Ihnen zu hören.

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