Dr.-Ing. Ulrich Misz
Abteilungsleiter
Abteilung Brennstoffzellensysteme
Tel.: +49-203-7598-3313
u.misz(at)zbt.de
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.
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.
Beschreibung | Anzahl | Bereich |
---|---|---|
Analoger Eingang | 7 | 0 .. 5V, gefiltert,10 Bit Auflösung |
Analoger Eingang | 1 | 0 … 55 V, (1:11 Spannungsteiler) |
Treiber für Kompensationsstromwandler | 1 | + - 12V |
Analoger Ausgang | 2 | 0 … 5 V, max. 20 mA, 12 Bit |
Analoger Ausgang | 2 | 0 … 10 V, max. 20 mA, 12 Bit |
Digitaler Ausgang | 8 | <40 V, <10 A |
Digitaler Eingang/Ausgang | 8 | CMOS-/TTL-Pegel |
PWM Ausgang | 3 | <40 V, <20 A, < 2 kHz |
PWM Ausgang | 3 | CMOS-/TTL-Pegel, <2 kHz |
I2C | 1 | < 400kHz |
SPI | 1 | |
RS-232 | 1 | <= 115200 bit/s |
USB (serieller Com-Port) | 1 | <= 115200 bit/s |
JTAG | 1 | Für 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.
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 |
Die Entwicklung dieses Moduls erfolgte im Rahmen des Projektes „HySport“ , gefördert im Rahmen des NIP durch das Bundesministerium für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung (03BS205B).