Anwendungsbeispiel Brennstoffzelle
Elektronische Lasten im Null-Volt-Betrieb
Bedingt durch einen unvermeidbaren minimalen Innenwiderstand – den sog. RDS(on) (minimaler Einschaltwiderstand des FET zwischen Drain und Source) der integrierten Leistungshalbleiter – besitzen elektronische Lasten eine bestimmte Mindest-Eingangsspannung UMin. Nach dem ohmschen Gesetz kann eine Last erst ab dieser Spannung den vollen Nennstrom aufnehmen. Unterhalb der Mindestspannung nimmt der maximal aufnehmbare Strom linear ab. Um eine elektronische Last unterhalb der Grenze UMin mit vollem Nennstrom zu nutzen, kann ein zusätzliches, externes DC-Netzgerät eingesetzt werden, das die Mindestspannung der Last kompensiert (s. Abbildung).
Anforderungen an das externe DC-Netzgerät (PSU).
Das externe DC-Netzgerät (PSU) wird in Reihe zum Prüfling in die DC-Minus-Leitung eingebunden. Durch die Senseleitung, die direkt am Testobjekt angeschlossen wird, zeigt die elektronische Last die am Prüfling gemessene Spannung an und sorgt für die korrekte Regelung in den Betriebsmodi Konstantspannung CV und Konstantwiderstand CR.
Die Nennspannung des externen Netzgerätes kann entweder variabel einstellbar oder fest sein. Sie sollte möglichst niedrig gewählt werden, d. h. nicht mehr als 5 % der Nennspannung der elektronischen Last betragen. Es genügt demnach, wenn die Spannung etwas größer ist als UMin der Last. Gleichzeitig muss das Netzgerät mindestens so viel Strom liefern können wie der Prüfling.
In diesem Messaufbau wird das GSP10-1000-3P von TDK-Lambda Germany verwendet. Mit 10 V und 1.000 A eignet es sich in diesem Aufbau ideal als externes DC-Netzgerät (PSU), das zwischen 1 V und 4 V eingestellt wird; 4 V entsprächen 5 % der 80 V Nennspannung der elektronischen Last.
Abb.: TDK-Lambda GSP10-1000-3P GENESYS+ DC-Netzgerät
Anwendungsbeispiel Brennstoffzelle.
Eine Brennstoffzelle soll so stark belastet werden, dass deren Ausgangsspannung bis auf 0 V absinkt. Unter Berücksichtigung des typgegebenen Innenwiderstands der Brennstoffzelle erfordert dies, dass der Innenwiderstand der elektronischen Last geringer bzw. deren Leitfähigkeit größer ist als die der Brennstoffzelle. Die elektronische Last müsste letztlich einen Innenwiderstand von 0 Ω aufweisen. Abhilfe schafft eine zusätzliche externe DC-Quelle, die den Spannungsabfall am Innenwiderstand der elektronischen Last kompensiert.
Die Brennstoffzelle stellt den Prüfling dar (DUT, Device under Test), deren Ausgangsspannungskennlinie typischerweise zwischen 0 V (Kurzschlussstrom Isc) und 1 V (reale Leerlaufspannung Uoc) liegt. Der Arbeitsbereich beträgt, je nach Brennstoffzellentyp, zwischen 0,3 V und 0,8 V. Technisch bedingt erfordert die Last eine Mindestspannung UMin von 0,66 V am DC-Eingang, damit sie die 1.000 A Nennstrom vollständig aufnehmen kann. Die Zellenspannung des Prüflings ist somit niedriger als die der elektronischen Last.
Die elektronische Last wird zunächst auf 0 V, volle Leistung sowie einen beliebigen Strom eingestellt, der noch im typischen Spannungsbereich des Prüflings liegt. Das externe DC-Netzgerät sollte eine regelbare Stromgrenze besitzen und wird auf 1.000 A eingestellt. Nach dem Einschalten des DC-Ausgangs am Netzgerät sowie des DC-Eingangs der Last nimmt diese zunächst den eingestellten Strom aus der Brennstoffzelle auf. Anschließend wird der Strom der Last kontinuierlich erhöht, während die Zellenspannung bis hinunter auf 0 V einbricht. Sobald die Last in den CV-Betrieb (Konstantspannung) wechselt, ist die Stromlieferfähigkeit der Zelle bei 0 V ermittelt.
Die komplette GENESYS+ Serie
