Fraunhofer-Institut für Physikalische Messtechnik IPMMiniaturisiertes H2-Sensorik-System zur Sicherstellung der Akzeptanz von Brennstoffzellen-Antrieben
In leistungsstarken Nutzfahrzeugen (mittlere bis große Lasten, oberhalb von etwa 110 kW) werden zukünftig vermehrt Brennstoffzellen (BSZ) zum Einsatz kommen. In der BSZ wird Wasserstoff in elektrische Energie umgewandelt und treibt einen Elektromotor an. Betrieben mit grünem Wasserstoff (H2) sind wasserstoffbasierte Brennstoffzellen-Elektroantriebe eine höchst effiziente, nahezu emissionsfreie Alternative zum Verbrennungsmotor. Die Verwendung von Wasserstoff birgt jedoch das Risiko von Entzündungen oder gar Explosionen. Voraussetzung für die breite Akzeptanz und Nutzung von wasserstoffbasierten BSZ-Antrieben in Fahrzeugen sind daher Sensorsysteme zur Detektion von H2-Leckagen. Nur mit zuverlässigen H2-Sensorsystemen lassen sich die hohen Sicherheitsstandards der Automobilindustrie einhalten. Im Rahmen des Projekts HySABi hat Fraunhofer IPM gemeinsam mit Partnern aus der Industrie ein neuartiges H2-Sensor-System für wasserstoffbetriebene Nutzfahrzeuge entwickelt.
Funktionale Sicherheit durch Kombination zweier Messverfahren
Um die hohen Sicherheitsstandards der Automobilindustrie zu gewährleisten, wurde im Rahmen von HySABi ein H2-Sensor-System entwickelt, das auf zwei unabhängigen Messprinzipien zur Detektion von Wasserstoff basiert: Ein Wärmeleitfähigkeitsdetektor (WLD) und ein katalytischer Wärmetönungssensor (Pellistor) wurden zu einem kompakten Sensorsystem kombiniert und als Funktionsdemonstrator in MEMS-Technologie aufgebaut. Das Sensorsystem misst 78 mm × 30 mm × 15 mm und ist somit nicht größer als ein USB-Stick.
Auf der Platine sind neben den H2-Sensoren auch ein Feuchte- sowie ein Temperatursensor integriert. Bei der Charakterisierung von WLD und Pellistor zeigte sich ein signifikanter Einfluss von Temperatur, Luftfeuchtigkeit und Druck auf die Messwerte. Daher ist für ein funktional sicheres Sensorsystem eine Kompensation dieser Einflüsse notwendig. Detailliertere Untersuchungen des Pellistors auf Umweltquereinflüsse von Temperatur-, Feuchte- und Druckschwankungen stehen noch aus.
Der Funktionsdemonstrator wurde an einem Wasserstoff-Hochdruckprüfstand erfolgreich getestet. WLD und Pellistor detektierten H2-Leckagen an einer Versorgungsleitung zum gleichen Zeitpunkt mit der gleichen Signalstärke.
