Short Description
Unsere Forschungsinfrastruktur vereint einen leistungsstarken Brennstoffzellen‑Systemprüfstand mit einem modernen Power‑Hardware‑in‑the‑Loop (PHIL)‑System. Dadurch wird eine einmalige Plattform zur Untersuchung, Validierung und Integration von Brennstoffzellensystemen und leistungselektronischen Komponenten geschaffen – unter realitätsnahen, flexibel einstellbaren Netz‑ und Betriebsbedingungen.
-- Brennstoffzellen‑Systemprüfstand
Der Prüfstand ermöglicht die umfassende Analyse von PEM‑Brennstoffzellensystemen im stationären und dynamischen Betrieb.
Wesentliche Merkmale:
- elektrische Leistungsaufnahme bzw. -abgabe bis 400 kW
- präzise Konditionierung von Medien wie Luft, Wasserstoff und Kühlmittel
- hochgenaue Mess- und Analysesysteme zur Bewertung von Wirkungsgrad, Dynamik und Degradation
- Unterstützung von realitätsnahen Lastprofilen (z. B. Fahrzyklen, Lastwechsel, Rampen)
Damit bietet der Prüfstand ideale Rahmenbedingungen, um Brennstoffzellensysteme hinsichtlich Effizienz, Robustheit und Betriebsverhalten zu charakterisieren.
-- PHIL‑Prüfstand zur Netzinteraktion und Leistungselektronik
Der PHIL‑Prüfstand erlaubt realitätsnahe Untersuchungen von Wechselrichtern, DC/DC‑Wandlern und weiteren leistungselektronischen Komponenten.
Zentrale Funktionen:
- Echtzeit‑Simulation komplexer Stromnetze und Microgrids
- Emulation des Netzkopplungspunktes für Umrichter und Energiesysteme
- Analyse von Grid Forming, Grid Following, Leistungsregelung (P(U), Q(U)) sowie FRT und Oberschwingungsverhalten
- Untersuchungen von Netzrückwirkungen, Stabilität und Power‑Quality‑Aspekten
Die Kombination aus Echtzeitsimulation und realer Hardware ermöglicht sichere, reproduzierbare Tests unter verschiedensten Netzszenarien – von idealen Bedingungen bis hin zu Störungen, Transienten oder Inselnetzbetrieb.
-- Vernetzte Systemtests und Bewertung
Durch die Kopplung von Brennstoffzellenprüfstand und PHIL‑Plattform wird eine umfassende Systemintegration möglich. Dadurch können verschiedenste Komponenten in realitätsnahen Gesamtsystemen untersucht werden, beispielsweise:
- Brennstoffzellen in Verbindung mit Wechselrichtern
- Kombinationen mit Batteriespeichern, Elektrolyseuren oder elektrischen Lasten
- Untersuchungen des Einflusses auf das Stromnetz und der Netzrückwirkungen
- Validierung von Regelstrategien, Energiemanagement und hybriden Systemarchitekturen
Dieser integrierte Ansatz ermöglicht sowohl die Funktions- und Effizienzbewertung einzelner Komponenten als auch die Analyse kompletter Energiesysteme.
Contact Person
Dr. Gerald Steinmaurer
Research Services
Unsere Forschungsinfrastruktur bietet Unternehmen und Forschungspartnern modernste Möglichkeiten zur Entwicklung, Validierung und Optimierung innovativer Energiesysteme.
Unsere Services im Überblick:
Brennstoffzellen‑Tests
Performance‑, Effizienz‑ und Dauerlaufanalysen unter realen und dynamischen Lastbedingungen.
Leistungselektronik‑Validierung
Testen von Wechselrichtern und DC/DC‑Wandlern inklusive Grid Forming, Grid Following und Power‑Quality‑Analysen.
Power‑Hardware‑in‑the‑Loop (PHIL)
Realitätsnahe Netzsimulationen, Netzrückwirkungsanalysen und Validierung von Regelstrategien im geschützten Umfeld.
Systemintegration & Hybridlösungen
Kombination von Brennstoffzellen, Batteriespeichern, Elektrolyseuren und Lasten – für optimierte Gesamtsysteme.
Modellierung & Simulation
Digital Twins, Modellvalidierung und Co‑Simulation für beschleunigte Entwicklungsprozesse.
Engineering & Beratung
Technische Konzeptentwicklung, Systemoptimierung und maßgeschneiderte Testprogramme.
Methods & Expertise for Research Infrastructure
1. Leistungs- und Effizienzanalyse von Brennstoffzellen
Methoden zur Untersuchung von PEM-Brennstoffzellensystemen:
- Stationärer (Dauer-)Betrieb
- Dynamische Lastzyklen (z. B. Fahrzyklen, Lastwechsel, Rampen)
- Wirkungsgradmessung unter variierenden Bedingungen
- Charakterisierung der Polarisation (I‑V‑Kennlinien)
- Degradationsanalysen durch Langzeittests
- Start/Stopp‑Tests
2. Medien- und Thermomanagement‑Analysen
Durch die präzise Konditionierung und Messung der Medienzufuhr:
- Analyse des Luft- und Wasserstoffmanagements
- Temperatur- und Feuchtemanagement‑Tests
- Untersuchung des Einflusses verschiedener Kühlkonzepte
- Strömungs- und Massenstrommessungen
3. Hardware‑in‑the‑Loop (HIL) und Power‑Hardware‑in‑the‑Loop (PHIL) Methoden
Im Zusammenspiel mit Echtzeit-Simulation:
- Simulation von Stromnetzen in Echtzeit
- Emulation des Netzkopplungspunktes
- Untersuchung von Netzinteraktionen unter realistischen Bedingungen
- Validierung von Regelalgorithmen für leistungselektronische Umrichter
- Testen von Schutz- und Regelstrategien (z. B. Fault Ride Through)
4. Methoden zur Bewertung der leistungselektronischen Komponenten
Mit Fokus auf das Verhalten im Stromnetz:
- Grid Forming-Inverter‑Tests (Interoperabilität)
- Grid Following-Regleranalysen
- Messung von Oberschwingungen (Power Quality)
- Analyse von Blindleistungsbereitstellung P(U), Q(U)
- Dynamik- und Stabilitätsanalysen
5. Systemintegrationstests (Multi-Domain‑Methoden)
Durch die Kopplung Brennstoffzelle ↔ PHIL:
- Analyse des Zusammenspiels zwischen BZ und Wechselrichtern
- Modellvalidierung realer Hardwarekomponenten
- Co-Simulationen (Simulation + reale Hardware)
- Integrationstests mit Energiespeichern
- Hybridisierungstests (BZ + Batterie + Elektrolyseur + Lasten)
6. Netzanalysen unter variablen Bedingungen
Durch die Echtzeitmodellierung des Stromnetzes:
- Spannungseinbrüche / Transienten simulieren
- Untersuchung der BZ-Systemstabilität bei Netzstörungen
- Einflussanalyse auf das Netzverhalten (Netzrückwirkungen)
- Tests für Inselnetzbetrieb oder Microgrids
7. Methoden der Gesamtbewertung & Systemoptimierung
Ganzheitliche Betrachtung:
- Energiemanagement-Strategien entwickeln und testen
- Bewertung der Gesamtanlageneffizienz
- Systemoptimierung durch Variantenvergleiche
- Techno-ökonomische Analysen (in Kombination mit Messdaten)