Neuartiger Hochgeschwindigkeits-Turbo Kompressor mit integriertem Umrichter für die Luftversorgung von Brennstoffzellen

04. März 2021

In der E-Mobilität setzt sich die Brennstoffzellentechnologie mehr und mehr durch. Brennstoffzellen benötigen eine konstante Versorgung mit Druckluft, wofür schnelllaufende, luftgelagerte Turbo Kompressoren perfekt sind, um die Baugröße zu reduzieren, den für die Lebensdauer der Brennstoffzelle notwendigen ölfreien Betrieb zu gewährleisten und den Wirkungsgrad zu erhöhen.

Der Umrichter, der den Elektromotor des Turbo Kompressors antreibt, wird jedoch mit zunehmender Drehzahl nicht kleiner; daher benötigt es weitere technologische Fortschritte, um ein gesamtes Kompressor-System mit wenig Gewicht zu erzielen. Neue Topologien im Bereich der Leistungselektronik (Doppelbrücken VSI-Umrichter), modernste Leistungshalbleitertechnologie (Gallium-Nitrid) und multifunktionale Optimierungstechniken ermöglichen eine Verkleinerung des Umrichters bei gleichzeitiger Erhöhung seines Wirkungsgrades, sowie eine Verbesserung der Ausgangsstromqualität, wodurch die Verluste im Elektromotor gesenkt werden. Dies schafft die Voraussetzung für die elektrische, mechanische und thermische Integration des Umrichters in das Kompressor Gehäuse von sehr schnellen und kompakten Turbo Kompressoren, wodurch Größe und Gewicht des gesamten Kompressor-Systems um den Faktor zwei reduziert werden. Darüber hinaus reduziert ein Turbo Kompressor mit integriertem Umrichter durch Einsparungen bei Gehäuse, Kabeln, Kühlmittel Verrohrung und Steckern und verringert EMI-Störungen dank Abschirmung der hochfrequenten Motorströme mit nur einem Gehäuse die Komplexität und die Kosten für den Betreiber. Neben der Hauptanwendung für die Luftversorgung von Brennstoffzellen, zum Beispiel in Drohnen und UAVs, können die Vorteile eines integrierten Umrichters auch in anderen Anwendungen der Luftaufbereitung genutzt werden, wie zum Beispiel bei der verbessertem Luft- und Abgasführung in Verbrennungsanlagen und Luftklingen. Weitere Informationen finden Sie in dem in frontiers in Mechanical Engineering veröffentlichten Artikel

           


Abbildung 1: Größenvergleich von (A) hochmodernem Brennstoffzellen Scroll Kompressor (P32H58N2.25 (Air Squared, 2015)) gepaart mit externem Inverter (CC-120-1000), (B) luftgelagertem Hochgeschwindigkeits-Turbo Kompressor (CT-17-1000 GB (Celeroton, 2017)) gepaart mit externem Inverter CC-120-1000 und (C) neuartigem Hochgeschwindigkeits-Turbo Kompressor mit integriertem Inverter, der in dieser Arbeit beschrieben wird.

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