{"id":3695,"date":"2020-12-11T09:04:51","date_gmt":"2020-12-11T08:04:51","guid":{"rendered":"https:\/\/www.hsu-hh.de\/ees\/?page_id=3695"},"modified":"2023-05-22T15:56:55","modified_gmt":"2023-05-22T13:56:55","slug":"beta","status":"publish","type":"page","link":"https:\/\/www.hsu-hh.de\/ees\/forschung\/forschungsgebiete\/beta","title":{"rendered":"Brennstoffzellensystem-Entwicklung f\u00fcr die technische Aviatik (BETA)"},"content":{"rendered":"
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\"BMVI\/NOW\"<\/figure>\n<\/div>\n\n\n
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FKZ: 03B10704B<\/h3>\n\n\n\n

Der globale Luftverkehr tr\u00e4gt durch Emissionen zur Klimaerw\u00e4rmung bei; besonders Emissionen wie Kohlenstoffdioxid (CO2<\/sub>) und Stickoxide (NOx<\/sub>) haben hier eine teils gr\u00f6\u00dfere Wirkung als am Boden [1]. Daraus ergibt sich ein Bedarf f\u00fcr sicheres, \u201egr\u00fcnes\u201c, emissionsarmes Fliegen ohne fossile Energietr\u00e4ger. Die aktuellen Umweltziele der Europ\u00e4ischen Union im Flightpath 2050 \u2014 Europe\u2019s Vision for Aviation \u2014 <\/em>sind: 75% Reduktion der CO2<\/sub>-Emissionen pro Passagierkilometer, 90% Reduktion der NOx<\/sub>-Emissionen, emissionsfreies Taxiing und recyclebare Luftfahrtzeuge [2].<\/p>\n\n\n\n

Batterie- und brennstoffzellengespeiste Luftfahrzeugkonzepte, wie beispielsweise der CityAirbus (Abbildung 1) oder eine Konzeptstudie des DLR (Abbildung 2), bieten die M\u00f6glichkeit f\u00fcr \u201egr\u00fcnes\u201c Fliegen ohne fossile Energietr\u00e4ger [3]. Diese zukunftsf\u00e4higen Antriebskonzepte f\u00fcr Luftfahrzeuge entwickeln Ingenieure der Professur f\u00fcr Elektrische Energiesysteme an der Helmut Schmidt Universit\u00e4t, des DLR, der ZAL GmbH<\/abbr> und der Airbus Operations GmbH<\/abbr> gemeinsam im Projekt \u201eBrennstoffzellensystem-Entwicklung f\u00fcr die technische Aviatik (BETA<\/strong>)\u201c. So f\u00f6rdert das BMVI die Entwicklung von H2<\/sub>-to-Torque-Konzepten mit dem Projekt BETA im Rahmen des NIP \u2013 Nationales Innovationsprogramm Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologie<\/em>.<\/p>\n\n\n\n

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\"Abbildung
Abbildung 1: CityAirbus<\/figcaption><\/figure>\n<\/div>\n\n\n\n
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Abbildung 2: Konzeptstudie des DLR<\/figcaption><\/figure>\n<\/div>\n<\/div>\n\n\n\n

H2<\/sub>-to-Torque<\/strong><\/h2>\n\n\n\n

H2<\/sub>-to-Torque erm\u00f6glicht neuartige, emissionsfreie Mobilit\u00e4tskonzepte, die bisher nicht vorstellbar waren. H2<\/sub>-to-Torque bedeutet, dass Brennstoffzellen ohne DC-Bordnetz \/ Zwischennetz mit den Wicklungen eines Elektromotors verschaltet werden. Im \u00fcbertragenen Sinne erzeugen die Wasserstoff-Brennstoffzellen (H2<\/sub>) das Drehmoment (engl. Torque) der Antriebswelle, ohne die Komponenten eines elektrischen Netzes. In Luftfahrzeugkonzepten wie The „Pod“ configuration<\/em> von Airbus (Abbildung 3) finden daher alle hierf\u00fcr ben\u00f6tigten Komponenten in einer Triebwerksnazelle Platz. Das H2<\/sub>-to-Torque-Konzept vereinfacht die Topografie der Energieversorgung: Die zentralen Brennstoffzellen-Systeme mit leistungsstarken DC\/DC-Wandlern und DC-Zwischennetz fallen weg. Dies spart Material und Gewicht und erh\u00f6ht die Sicherheit durch Redundanz. Abbildung 4 veranschaulicht das Konzept.<\/p>\n\n\n\n

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\"Abbildung
Abbildung 3: The „Pod“ configuration<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n
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\"H2-to-Torque\"
Abbildung 4: Dezentral gespeister Hauptantrieb (H2<\/sub>-to-Torque Konzept)<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

In klassischen Brennstoffzellen-Systemen regeln DC\/DC-Wandler die Zwischennetzspannung sowie den Betriebspunkt der Brennstoffzellen. Ein \u00fcber das Zwischennetz gespeister zentraler Wechselrichter sorgt f\u00fcr die Ansteuerung der Motorspulen (Abbildung 5). Da diese Komponenten durch die neue Technologie ersetz werden, m\u00fcssen neue Konzepte und Regelstrategien zur Ansteuerung der Motorspulen sowie Regelung der Brennstoffzellen entwickelt werden.<\/p>\n\n\n\n

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\"Zentrale
Abbildung 5: Zentral gespeister Hauptantrieb mit Zwischennetzen (Klassisches Konzept)<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

Projektziel<\/strong><\/h2>\n\n\n\n

Im Rahmen des Projektes entwickelt, realisiert und validiert die Professur ein Motor-Control-Unit-System (MCU-System), das die Motorspule mit elektrischer Energie versorgt. Das MCU-System besteht aus Schutzelektronik, Kommunikationsschnittstellen, Zustandserfassung und der Ansteuerung f\u00fcr die jeweiligen Motorspulen.<\/p>\n\n\n\n

Zur Analyse und Optimierung des neuen MCU-Systems entwirft die Professur einen eigenen Pr\u00fcfstand, der mit verschienden Versuchen die Funktion und die Zuverl\u00e4ssigkeit des neuen MCU-Systems validieren kann. Die Erkenntnisse der Pr\u00fcfstand-Versuche flie\u00dfen in einen Gesamtsystem-Pr\u00fcfstand ein, der das Potential dieses H2<\/sub>-to-Torque Konzeptes verdeutlicht. Aufgebaut wird der Gesamtsystem-Pr\u00fcfstand in Zusammenarbeit mit den Projektpartnern im ZAL.<\/p>\n\n\n\n

Diese Weiterentwicklung und Integration der Brennstoffzellentechnik kann eine bedeutende Rolle bei der Abkehr von fossilen Energietr\u00e4gern in der Mobilit\u00e4t spielen. Denkbare Nutzungsszenarien reichen von kleinen Flugger\u00e4ten bis hin zu Langstreckenflugzeugen. Besonders neuartige Mobilit\u00e4tskonzepte wie Drohnen oder Lufttaxis sind so mit klimafreundlicher Wasserstofftechnik ausstattbar. Somit folgt das Projekt dem Leitsatz der Luftfahrtstrategie der deutschen Bundesregierung:<\/p>\n\n\n\n

\u201eDer deutsche Luftfahrtsektor leistet mit seinen Produkten einen entscheidenden Beitrag zu einem umweltvertr\u00e4glichen, leistungsf\u00e4higen Luftverkehrssystem, das eine wichtige S\u00e4ule der gesamten Volkswirtschaft darstellt. Die Luftfahrtindustrie tr\u00e4gt als Technologief\u00fchrer auch f\u00fcr andere Branchen dauerhaft und wesentlich zur Wertsch\u00f6pfung in Deutschland bei [4].\u201d<\/em><\/p>\n\n\n\n

Projektkonsortium<\/strong><\/h2>\n\n\n\n
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\"Airbus\"<\/figure>\n<\/div><\/div>\n\n\n\n
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\"DLR\"<\/figure>\n<\/div><\/div>\n\n\n\n
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\"HSU<\/figure>\n<\/div><\/div>\n\n\n\n
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\"ZAL\"<\/figure>\n<\/div><\/div>\n<\/div>\n\n\n\n

Quellen<\/h2>\n\n\n\n

[1] Schumann, U. Klimawirkung des Luftverkehrs.<\/em> Deutsches Zentrum f\u00fcr Luft-und Raumfahrt e.V. – Institut f\u00fcr Physik der Atmosph\u00e4re (2000).<\/p>\n\n\n\n

[2] Darecki, M., et al. Flightpath 2050\u2014Europe\u2019s Vision for Aviation-Report of the High Level Group on Aviation Research<\/em>. 2011<\/p>\n\n\n\n

[3] Schefer, Hendrik, et al. Discussion on Electric Power Supply Systems for All Electric Aircraft<\/em>. IEEE Access 8 (2020): 84188-84216<\/p>\n\n\n\n

[4] Bundesministerium f\u00fcr Wirtschaft und Energie (Hrsg.<\/abbr>). Die Luftfahrtstrategie der Bundesregie<\/em>rung. M\u00e4rz 2014<\/p>\n\n\n\n

Ansprechpartner<\/h2>\n\n\n\n

Prof.<\/abbr> Dr.<\/abbr>–Ing.<\/abbr> habil.<\/abbr> Detlef Schulz (Teilprojektleiter)<\/p>\n\n\n\n

Projektgruppe BETA:
Lukas Baum, M.Sc.<\/abbr>
Dipl.<\/abbr>–Ing.<\/abbr> Florian Grumm
Carsten Cosse, M.Sc.<\/abbr>
Fakult\u00e4t f\u00fcr Elektrotechnik
Elektrische Energiesysteme<\/p>\n\n\n\n

Kontakt: beta.ees@hsu-hh.de<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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