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PRODUKTION VON BRENNSTOFFZELLEN-SYSTEMEN
Gerd Krieger
Geschäftsführer der ArbeitsgemeinschaftBrennstoffzellen
VDMA
Der Verband Deutscher Maschinen- undAnlagebau (VDMA) vertritt über 3200Unternehmen des mittelständisch ge-prägten Maschinen- und Anlagenbaus. DieArbeitsgemeinschaft Brennstoffzellenunterstützt über 50 führende Herstellerund Zulieferer von Brennstoffzellen beimAusbau des Industrienetzwerks sowie beider politischen Interessenvertretung.Hierzu werden in Projektgruppentechnische Lösungen zur Optimierung undKostenreduktion von Brennstoffzell-systemen und -komponenten sowie zumAufbau der Serienfertigung erarbeitet.
Das PEM der RWTH Aachen beschäftigtsich mit der Produktionstechnik derBrennstoffzelle. Das Tätigkeitsfeld erstrecktsich innerhalb des Maschinenbausektorsvon der kosteneffizienten Produktion derKomponenten des wasserstoffbetriebenenAntriebsstranges über innovative Mo-bilitätslösungen bis hin zur gesamthaftenEmissionsreduktion. Durch nationale undinternationale Projekte in Unternehmenverschiedener Wertschöpfungsstufen sowieBeteiligungen in unterschiedlichenForschungsprojekten bietet das PEMweitreichende Expertise.
Autoren
VDMA Arbeitsgemeinschaft Brennstoffzellen
PEM der RWTH Aachen
Haben Sie Fragen?
Sprechen Sie uns an!
Aachen, April 2020PEM der RWTH Aachen und VDMA Eigendruck,
1. AuflageISBN: 978-3-947920-13-6
PEMChair of Production Engineering of E-Mobility ComponentsBohr 1252072 Aachen
www.pem.rwth-aachen.de
VDMA VDMA BrennstoffzellenFriedrichstraße 95
10117 Berlin
bz.vdma.org
Philipp Reims, M. Sc.
Fuel Cell
Peter Ayvaz, M. Sc. M. Sc.
Oberingenieur
Christoph Schön, M. Sc.
Gruppenleiter Fuel Cell
Prof. Dr.-Ing. Achim Kampker
Institutsleiter
Übersichteiner PEM-Brennstoffzelle
Brennstoffzellensystem
Brennstoffzellenstack
Range-ExtenderBrennstoffzellendominant
Wasserstoff-speicher
PEMFC
Stromverteilung
BatterieKonverter
Konverter
Hauptmotor
BeschleunigungRekuperation
Wasserstoff-speicher
PEMFC
Konverter
Batterie
Hauptmotor
Konverter
In der automobilen Anwendung existieren basierend auf der PEM-Brennstoffzellezwei unterschiedliche Antriebsstrategien. Handelt es sich im Fahrzeug um einendurch die Brennstoffzelle dominierten Antrieb, wird der Fahrleistungsbedarfprimär durch die Brennstoffzelle gedeckt. Zur Bedienung kurzfristigerLeistungsspitzen ist eine zusätzliche Lithium-Ionen-Batterie verbaut. Alternativkann die Brennstoffzelle als sog. Range-Extender verwendet werden. Hierbeifungiert die Brennstoffzelle als „Onboard-Ladesystem“ für die Lithium-Ionen-Batterie des Fahrzeugs, welche den Hauptenergieträger darstellt.
Brennstoffzellenkomponenten
StackfertigungKomponentenfertigung Systemfertigung
Fahrzeuganwendungen
In dieser Broschüre wird der Produktionsprozess einesPolymerelektrolytmembran-Brennstoffzellensystems (PEM) schematisch anhandder einzelnen Produktionsschritte zur Stack- und Systemherstellung inklusiveAssemblierung dargestellt.Die einzelnen PEM-Brennstoffzellen werden in einem Brennstoffzellenstack inSerie verschaltet. Der Stack sowie weitere elektrische, mechanische undthermische Komponenten werden zu einem Brennstoffzellensystem assembliert.Je nach Systemdesign variiert die Anzahl und Dimensionierung verschalteterBrennstoffzellen innerhalb eines Stacks und damit die zugehörige Ausgestaltungder Leistungsdaten der Peripheriekomponenten. Durch die Vielzahlunterschiedlicher Produkt- und Prozessvarianten sind übergreifende Angaben zuden Prozessparametern nur bedingt möglich und können ggf. in gemeinsamerDiskussion mit dem Lehrstuhl PEM oder dem VDMA näher spezifiziert werden.
der PEM-Brennstoffzelle
Wasserstoff-rezirkulation
Fahrzeugarchitektureines PEM-Brennstoffzellensystems
Die Architektur des Antriebsstrangs eines Fuel Cell Electric Vehicle (FCEV) bestehtaus den Hauptkomponenten Brennstoffzellensystem, Wasserstofftanks, Lithium-Ionen-Batterie, Elektromotor und Leistungselektronik. Während Batterie,Elektromotor und Leistungselektronik ebenfalls Bestandteil einesbatteriebetriebenen Fahrzeugs sind, stellen Brennstoffzellensystem undWasserstofftank die Alleinstellungsmerkmale eines FCEV dar. Während derWasserstofftank meist aus kohlenstofffaserumwickeltem Kunststoff besteht, setztsich das Brennstoffzellensystem aus Luft-, Wasserstoff- und Kühlkreislaufzusammen: Im Luftkreislauf wird Umgebungsluft zunächst verdichtet undanschließend befeuchtet, bevor sie der Kathodenseite der Brennstoffzellezugeführt wird. Die Zuführung des Wasserstoffes auf Anodenseite erfolgt imRahmen des Wasserstoffkreislaufs durch ein Wasserstoffgebläse, welches mittelsZuführung von Frischwasserstoff die Leistungsregelung des Gesamtsystemsübernimmt. Der Kühlkreislauf sorgt für die Abführung der Reaktionswärme undstellt darüber hinaus die Kaltstartfähigkeit bei Temperaturen unterhalb desGefrierpunktes sicher.
Lithium-Ionen Batterie
WasserstofftanksElektromotoren
Brennstoffzellenstack
Verdichter
Kühl-system
Leistungselektronik
Systemarchitektur
M
M
Luftfilterung und-komprimierung
Luftbefeuchtung Leistungs-elektronik
Wasserstoff-Rezirkulation Wasserstoff-Druckspeicherung
Kühl-kreislauf
Elek
tro
lyt
Ano
de
Kath
od
e
Turbine M Motor Ventil/Drossel Pumpe
H2-Tank Luftfilter Befeuchter Wasserabscheider
Druckventil
Rückschlag-ventil
Die Systemarchitektur eines Brennstoffzellensystems mitsamt funktionalenPeripheriekomponenten ist wie folgt aufgebaut:
Balance-of-Plant Komponenteneines PEM-Brennstoffzellensystems
Anodenmodul:● Geschlossener Wasserstoffkreis-
lauf mitsamt Druck-Temperatur-Regelung
● Anodenmodul als Dosiereinheitzur Versorgung der Anode undWasserstoffrezirkulation
● Gewährleistung des Betriebs-drucks und der Wasserstoff-reinheit
Die Komponenten eines Brennstoffzellensystems werden ganzheitlich als Balance-of-Plant (BoP) bezeichnet. Die einzelnen Komponenten können in die dreiübergeordneten Subsysteme Anoden- und Kathodenmodul sowie Kühlsystemgegliedert werden. Sie stellen die Funktionalität der bereits benanntenMedienkreisläufe sicher und sind exemplarisch abgebildet. DieWasserstoffspeicherung ist nachfolgend nicht abgebildet.
Kühlmittelpumpe
Verdichter
Luftbefeuchter
Steuergerät
AnodenmodulDruckregler
Filter
Druckregler
LuftfilterKathodenmodul
Kühlsystem
Wasserstoff
Kühlmittel
Luft
Rahmen
Kathodenmodul:● Versorgung und Aufbereitung des Reaktanden Sauerstoff mittels Komponenten
Luftfilter, elektrisch betriebenem Verdichter und Luftbefeuchter● Ölfreier Turbolader als Luftverdichter, angetrieben durch Reaktionsabluft, zur
Effizienzsteigerung● Luftbefeuchter aus bündel- oder stapelförmigen Trennmembranen
Kühlsystem:● Temperierung der Brennstoffzelle
durch deionisiertes Kühlmittel● Bestehend aus Kühlmittelpumpe,
Kühlmittelfilter und Druckregler● Kühlleistungsbedarf des Stacks
bis zu 50% der Stacknennleistung
MEA
Produktionsprozesseines PEM-Brennstoffzellensystems
● Aufgrund des Manufaktur-Charakters in der Brennstoffzellenfertigung existiertaktuell keine allgemeingültige Prozesskette für die Serienfertigung von PEM-Brennstoffzellensystemen
● Die Fertigung eines PEM-Brennstoffzellensystems kann in die dreiübergeordneten Schritte Komponentenfertigung, Stackfertigung undSystemfertigung gegliedert werden
● Im Rahmen dieser Broschüre werden die Prozessschritte vorgestellt, die denaktuellen Stand der Technik in der Fertigung von PEM-Brennstoffzellenstacksund -systemen ausmachen
● Die Fertigung der einzelnen Brennstoffzellenkomponenten wird im Rahmender zweiten Broschüre „Produktion von Brennstoffzellenkomponenten“ nähererläutert
Stac
kStapeln & Vormontieren
Kom-primieren
VerspannenDichtheit prüfen
FinalisierenEinfahren &
Prüfen
Stackfertigung:
Systemfertigung:
Syst
emBalance-of-Plant montieren Elektrische Integration End of Line-Testing
Komponentenfertigung*:
CC
MMischen
DecalBeschichten
DecalTrocknen
HeißpressenDecal
entfernen
BP
P
Formen Vereinzeln BeschichtenDichtung
aufbringenFügen
Dichtheit prüfen
Prozessschritt Zwischenprodukt Endprodukt
Verbinden &Vereinzeln
GD
LKohlefaser herstellen
Impräg-nieren
Wärme-behandeln
MPL aufbringen
Sintern
*Bestandteil der Broschüre „Produktion von Brennstoffzellenkomponenten“
ÜbersichtPEM-Brennstoffzellenstack und -system
Brennstoffzellensystem
● Der Brennstoffzellenstack und dieBalance-of-Plant (BoP) Komponentenbilden das Brennstoffzellensystem
● Die BoP-Komponenten, bestehend ausAnoden- und Kathodenmodul sowieKühlsystem, bilden mitsamt desSteuergerätes und der Stromleiter dasBrennstoffzellensystem
Brennstoffzellenstack
● Der Brennstoffzellenstack besteht auseiner beliebigen Anzahl einzelner, inSerie verschalteter Brennstoffzellen undermöglicht somit skalierbare Leistungs-bereiche
● Ein funktionsfähiger Stack bestehtneben der Einzelzellen aus Endplatten,Stromkollektoren, Verteilerplatte undÜberwachungseinheit
● In der Praxis existieren mehrereMöglichkeiten, Brennstoffzellenstacks zuverspannen. Beispielsweise werdenSpannbänder (siehe oben) oderZugstäbe (siehe unten) verwendet
● Zu Beginn der Fertigung des Brennstoffzellenstacks werden die untereEndplatte und der untere Stromkollektor zunächst vormontiert
● Das optionale Scannen von Produktlabels der MEA (engl. „Membrane-Electrode-Assembly“) und der BPP (engl. „Bipolarplate“) im Wareneingangerleichtert eine spätere Bauteilrückverfolgbarkeit des Endproduktes
● MEA (hier: 5-Lagen MEA), BPP und Dichtungen werden in einer festgelegtenReihenfolge aufeinander gestapelt: (1) BPP, (2) Dichtung, (3) MEA, (4)Dichtung, (5) BPP
● Abschließend werden der obere Stromkollektor und die obere Endplattemitsamt Medienzugängen hinzugefügt
● Die exakte Ausrichtung der einzelnen Komponenten des Stapels kann durchFührungselemente gewährleistet werden
Stapeln und Vormontieren
Stackfertigung
Endplatte
Strom-kollektor
Stromkollektor
Endplatte
Greifwerkzeug
Bestückungs-roboter
1000427BH934ZX8
SpezifischerBarcode
Komponentenfertigung Systemfertigung
Stackfertigung
• Stackhöhe 1 – 2 mm pro Zelle (je nach Leistungsklasse)
• Relative Positionierung der Zellen zueinander
• Zerstörungsfreiheit
• Toleranzgenauigkeit der Komponentendicken: < 10 µm
• Reinraum Umgebungsklasse: ISO 8
Prozessparameter & -anforderungen
Qualitätseinflüsse Qualitätsmerkmale
Technologiealternativen
• Pick-and-place Handlingsroboter für den Stapelprozess
• Vollautomatisches Stapeln durch Bahn- oder Zuführsysteme
• Halbautomatisches Stapeln durch Karussellvorrichtungen
• Manuelles Stapeln
• Anzahl Brennstoffzellen: ca. 2 – 10 Zellen pro kW
• Stapelgeschwindigkeit: < 2,3 Sekunden pro Komponente
• Positionsgenaues Komponentenhandling von ca. 0,1 mm / 100 µm
● Die Komprimierung erfolgt innerhalb einer Pressvorrichtung, beispielsweisedurch eine Hydraulikpresse
● Durch Verpressen der einzelnen Komponenten werden die Brennstoffzellen-dichtungen gestaucht und der Stack somit abgedichtet
● Die Kontaktwiderstände zwischen den Komponenten werden durch dieKompression gesenkt
● Eine Regelung der Presskraft und des Pressweges gewährleistet eine aus-reichende Kompression und vermeidet die Schädigung der Bauteile durchÜberbelastung
● Eine gleichmäßige Verpressung hat einen erheblichen Einfluss auf die spätereLeistungsdichte sowie die Lebensdauer des Stacks
Komprimieren
Ergebnis
KomprimierterBrennstoffzellenstapel
Stempel
F
N
s
Weg-Kraftregelung
Hydraulikpresse
StackfertigungKomponentenfertigung Systemfertigung
Stackfertigung
Prozessparameter & -anforderungen
• Presskraft- und –weggenauigkeit:max. +/- 2 %
• Reinraum Umgebungsklasse: ISO 8
• Verfahrgeschwindigkeit
• Positioniergenauigkeit
Qualitätseinflüsse Qualitätsmerkmale
• Stackhöhe: 1 – 2 mm pro Zelle (je nach Leistungsklasse)
• Dichtheit
• Zerstörungsfreiheit
• Gleichmäßige Druckverteilung
Technologiealternativen
• Spindelpresse
• Hydraulische Presse
• Pneumatische Presse
• Servohydraulische Presse
• Presskraft: max. 160 kN
• Gleichmäßiger Anpressdruck
• Pressweg (Produktabhängig)
• Prozesszeit: < 150 Sekunden pro Stack
SpannbänderSpannband Befestigungs-
schelle
- Gefahr der Überbelastung der Bänder an den Kanten
- Weniger Gewicht & Bauraum- Gleichmäßigere Kraftverteilung
Press-kraft
Zugstäbe
- Ungleichmäßigere Kraftver-teilung
- Mehr Gewicht & Bauraum
- Einfache Komponenten & Prozessführung
ZugstäbeMuttern
Presskraft
● Die dauerhafte Kompression des Stacks wird durch geeignete Spannmittel,meist Spannbänder oder Zugstäbe, garantiert
● Die Spannmittel werden noch unter aufgebrachter Kraft in der Pressvorrichtungbefestigt
● Die Spannbänder, meist metallisch oder kohlefaserverstärkt, werden um denStack gelegt und zur Überlappung gebracht
● Die Bänder-Enden werden mittels Schellen miteinander verklemmt, teils auchstoffschlüssig (z.B. durch Schweißen) oder formschlüssig (z.B. durch Crimpen)verbunden
● Zugstäbe werden alternativ durch die an den Endplatten vorgesehenenÖffnungen geführt und mittels Schraubmuttern gegen die Endplatten verspannt
Verspannen
StackfertigungKomponentenfertigung Systemfertigung
Stackfertigung
Prozessparameter & -anforderungen
Qualitätseinflüsse Qualitätsmerkmale
Technologiealternativen
• Zerstörungsfreiheit der Spannbänder
• Bruchstellen oder Risse innerhalb der Brennstoffzelle oder an den Endplatten
• Kontinuierlicher Anpressdruck
• Anpressdruck: ca. 0,5 - 1 MPa
• Anzugsmoment: ca. 11 Nm (Einzelzellen)
• Verdrehen der Vorrichtung bis zu 180° in Querschnittsfläche
• Zugstäbe
• Klemmplatten
• Klemmbänder
• Ummantelung
• Verschraubungsreihenfolge
• Anzugsmoment
• Ungleichmäßige Verspannung durch Verformung der Endplatte
● Um die Dichtheit des verspannten Stacks zu kontrollieren, werden eineDruckabfall- und/oder eine Durchflussprüfung durchgeführt
● Eine Messstation samt Prüfgaszufuhr wird mit den Medieneingängen desStacks verbunden
● Beim Druckabfalltest werden die Ausgänge des Stacks verschlossen und derDruckabfall über die Zeit nach der Füllung durch Prüfgas gemessen
● Beim Durchflusstest werden die Ausgänge des Stacks geöffnet und derPrüfgasdurchfluss gemessen
● Es kann die Gesamtdichtheit des Stacks, aber auch die der einzelnenKreisläufe ermittelt werden
Dichtheit prüfen
Mess-station
Prüfgas-zufuhr
Austretendes Prüfgas
Ventile
Durchflusstest
Q
t
i.O.n.i.O.
Flow
bar
Druckabfalltest
p
t
i.O.n.i.O.
StackfertigungKomponentenfertigung Systemfertigung
Stackfertigung
Prozessparameter & -anforderungen
Qualitätseinflüsse Qualitätsmerkmale
• Leckrate
• Definition erlaubter Nacharbeit
• H2-Leckrate: max. 1x10-2 Pa m³/sek. (gemäß IEC 62282-2)
• Leckrate O2: max. 4-fache Leckrate von H2
• Betriebslast: je nach Stackleistung
• Prüfmedium: Helium oder Stickstoff
• Stickstoff als Prüfmedium
• Helium als Prüfmedium
• Durchflusstest
• Druckabfalltest
• Dichtheit der Zuleitungen und Medienanschlüsse
• Zerstörungsfreiheit der Komponenten
• Ungleichmäßige Verspannung
• Umgebungsdruck und -temperatur
• Staubdichtheit und Widerstandsfestigkeit
Technologiealternativen
● Die CVM-Einheit (engl. „Cell Voltage Monitoring“) wird zurSpannungsüberwachung der einzelnen Zellen seitlich am Stack angebracht
● Die einzelnen Kontakte der CVM-Einheit werden an den Bipolarplatten derBrennstoffzellen unter Verwendung von Epoxidharzen befestigt
● Die Stromsammelschienen für die spätere HV-Ausgangsverkabelung desStacks werden an den Stromkollektoren verschraubt
● Der Stack wird in ein Gehäuse gefügt und der Gehäusedeckel montiert● Der Deckel des Gehäuses stellt gleichzeitig die Verteilerplatte dar und
beinhaltet sämtliche Ein- und Ausgänge für Medien sowie Anschlüsse fürSensorik und HV-Verkabelung
Finalisieren
Gehäuse
CVM-Einheit
Stromsammelschienen
Verteilerplatte
Kontaktierung
Bipolarplatte
Dichtung
Epoxidharz
Stackfertigung Systemfertigung
Stackfertigung
Prozessparameter & -anforderungen Technologiealternativen
Qualitätseinflüsse Qualitätsmerkmale
• Leitfähigkeit und korrekte Aufnahme der einzelnen Zellspannungen
• Servicefähigkeit durch Möglichkeit zur Öffnung des Gehäuses
• Dosiermenge des Epoxidharzes
• Sicherstellung der Transportsicherheit
• Positioniergenauigkeit der Leiterenden
• Teilautomatisierte Montage
• Messung der Stack-Gesamtspannung anstelle einzelner Zellspannungen
• Benetzung und Qualität des Epoxidharzes
• Handhabungs- und Sicherheitsvorschriften bei der Kontrolle durch Mitarbeiter
Komponentenfertigung
● Die montierten Brennstoffzellenstacks werden zur Sicherstellung derLeistungsfähigkeit in einem Prüfstand aktiviert
● Der Stack wird an eine Prüfstation angeschlossen, die die Betriebsmedienzuführt und eine elektrische Last anlegt
● Während des Einfahrprozesses werden verschiedene Kombinationen ausDurchflussrate, Mediendruck, Lufttemperatur und Luftfeuchtigkeit durchlaufen
● Die Leistungsfähigkeit des Stacks steigt zu Beginn stetig an und nähert sichdann asymptotisch einem Optimum, was in einem Kompromiss zwischenAktivierungszeit und Leistungsfähigkeit resultiert
● Zur Beschreibung der Leistungsfähigkeit des Stacks wird eine Polarisa-tionskurve ermittelt und dokumentiert
● In manchen Fällen ist ein erneuter Dichtheitstest im Anschluss an denAktiviervorgang notwendig
Einfahren und PrüfenStackfertigung
Polarisationskurve
V
AFlow
bar rF
rF
Luftbefeuchter
Luft-temperierung
Kompressor
Kühlmittel-pumpe
Wasserstoffzufuhr
Stromstärke (A)
Leis
tung
(W)
Span
nung
(V)
Prüfstation
ElektrischeLast
Stackfertigung Systemfertigung
Prozessparameter & -anforderungen Technologiealternativen
Qualitätseinflüsse Qualitätsmerkmale
• Zellspannung und Wirkungsgrad
• Dichtheit
• Wärmeentwicklung im Einfahrprozess
• Prozesszeit: ca. 10 min für 90 % Leistung und ca. 180 min für 100 % Leistung
• Betriebslast: je nach Stackleistung
• Betriebsdruck: 25 bis 45 mbar
• Betriebstemperatur: 55 bis 75 °C
• Diskontinuierliche Lastzyklen
• Diskontinuierliche Medienzufuhr
• Medienreinheit (u.a. H2 Grad 7 für mobile Anwendungen)
• Medienzufuhr und Kühlleistung
• Dichtigkeit der Zuleitungen und Medienanschlüsse
• Umgebungsdruck und –temperatur
Komponentenfertigung
● Die BoP-Komponenten werden beispielsweise mit Hilfe einesMontagerahmens an den Brennstoffzellenstack angebunden
● Zur Versorgung des Gesamtsystems mit Wasserstoff wird das Anodenmodul(bestehend aus Wasserstoff-Rezirkulationspumpe, Druckregler und Leitungen)befestigt
● Zur Gewährleistung der nötigen Systemkühlung wird das Kühlsystem(bestehend aus Filter, Kühlwasserpumpe, Druckregler und Leitungen) montiert
● Zur Versorgung des Gesamtsystems mit Luft wird das Kathodenmodul(bestehend aus Verdichter, Luftfilter, Luftbefeuchter, Druckregler undLeitungen) befestigt
● Zur Regelung der Medienzufuhr und des Thermomanagements wird dasSteuergerät montiert
Balance-of-Plant montieren
Verdichter
Luftbefeuchter
Steuergerät
Rahmen
Anodenmodul
Druck-regler
KühlmittelpumpeFilter
Druckregler
Luftfilter
Kathodenmodul
Kühlsystem
Wasserstoff
Kühlmittel
Luft
Stackfertigung Systemfertigung
Systemfertigung
Prozessparameter & -anforderungen Technologiealternativen
Qualitätseinflüsse Qualitätsmerkmale
• Äußere Unversehrtheit und technische Sauberkeit
• Festsitzende Fügeverbindungen
• Korrekte Positionierung und Verkabelung der Peripheriegeräte
• Demontierbarkeit
• Montageanleitung mitsamt Einteilung in Unterbaugruppen
• Montagegerechtes Komponentendesign (z.B. Lochbild im Rahmen)
• Sicherstellung der Transportsicherheit (Kabel, Anschlüsse, Schutzklappen, etc.)
• Teilautomatisierung der Montage möglich
• Steck- und Schraubverbindungen
• Handhabungs- und Sicherheitsvorschriften bei der Kontrolle durch Mitarbeiter
• Inline Mess-und Prüftechnologie der Montage
• Poka-Yoke Auslegung zum Schutz vor fehlerhafter Montage
• Zugänglichkeit der Anschlussstellen
Komponentenfertigung
● Die zuvor montierten BoP-Komponenten werden über Leitungen mit denMedienöffnungen des Stacks verbunden
● Das Steuergerät wird mit den einzelnen BoP-Komponenten verbunden● Die HV-Ausgangsverkabelung wird angebracht● Im letzten Montageschritt wird der Kabelbaum zur späteren
Fahrzeugintegration montiert
Elektrische Integration
HV-Kabel
Kabelbaum
KühlleitungenLuftschläuche
Montiertes Brennstoffzellensystem
Stackfertigung Systemfertigung
Systemfertigung
Prozessparameter & -anforderungen Technologiealternativen
Qualitätseinflüsse Qualitätsmerkmale
• Äußere Unversehrtheit und technische Sauberkeit
• Festsitzende Fügeverbindungen
• Korrekte Positionierung und Verkabelung der Peripheriegeräte
• Demontierbarkeit
• Mitarbeiterqualifikation zur Montage biegeschlaffer Kabel
• Mitarbeiterqualifikation zur Montage unter Hochvoltsicherheit (> 60 V)
• Sicherstellung der Transportsicherheit (Kabel, Anschlüsse, Schutzklappen, etc.)
• Steck- und Schraubverbindungen
• Anpressen der Schläuche und Leitungen
• Handhabungs- und Sicherheitsvorschriften bei der Kontrolle durch Mitarbeiter
• Zugänglichkeit der Anschlussstellen
• Poka-Yoke Auslegung zum Schutz vor fehlerhafter Kontaktierung
Komponentenfertigung
● Das gesamte Brennstoffzellensystem wird mitsamt aller angeschlossenenMedien und Aggregate an einem End of Line (EoL)-Prüfstand getestet
● Das System durchläuft ein Prüfprogramm, in dem über die Variation derEingangsparameter verschiedene Betriebszustände durchlaufen werden
● Die EoL-Prüfung stellt die Funktionstüchtigkeit der einzelnen Komponenten(inkl. Software) und ihre korrekte Verbindung zueinander sicher
● Bei mängelfreier EoL-Prüfung und bestandener optischer Prüfung wird dasBrennstoffzellensystem zur Fahrzeugintegration freigegeben
End of Line-TestingSystemfertigung
Optische Prüfung
Freigabe zur Fahrzeugintegration
V A
Flow bar
rF T
EoL-PrüfanlageStromstärke (A)
Leis
tung
(W)
Span
nung
(V)
Elektrische Last
Stackfertigung Systemfertigung
Prozessparameter & -anforderungen Technologiealternativen
Qualitätseinflüsse Qualitätsmerkmale
• Factory Acceptance Test (FAT) als finale Produktfreigabe
• Definition von erlaubter Nacharbeit
• Kriterienkatalog für umfassende Prüfung (keine einheitliche Vorschrift)
• EoL-Prüfung mit Einfahrprozessparametern
• Definierter Ablieferzustand in Abstimmung mit Fahrzeugmontage
• Mitarbeiterqualifikation für Hochvoltsicherheit (> 60 V)
• Vorgelagertes Testing der einzelnen Peripheriekomponenten
• Inline Mess- und Prüftechnologie
• Medienreinheit (u.a. Wasserstoff Grad 3,7 für mobile Anwendungen, ISO 14687-2)
• Medienzufuhr und Kühlleistung
• Dichtigkeit der Medienkreisläufe
• Umgebungsdruck und -temperatur
Komponentenfertigung