Stromdichtesimulator

Hallo,
also zunächst einmal vielen Dank, so ein gutes Forum hab ich echt noch nicht erlebt.

- Was hat die Messung mit der Stromspeisung zu tun? Das sind doch zwei getrennte Dinge…
- Oder willst du dir komplette SMUs bauen?

Ja also ich sollte dazu sagen, es geht um eine Stromdichtesimulation für eine Brennstoffzelle.
Es gibt eine fertige Messeinheit. Die Simulationsumgebung soll konzipiert werden,
um die Messeinheit zu kalibrieren und Fehler zu quantifiziern (zB Lateralströme).
Da die Messeinheit mit 2 Hz misst, sollte der Simulator doch auch mind. in 2 Hz eine Änderung möglich machen, die einer BZ Dynamik entspricht.
Im Idealfall jedoch von 0 bis max. Stromstärke in einer halben Sekunde

- Du suchst also eine OPV-Schaltung die mal eben 1A speisen und eine Sekunde später auch mal 1A aufnehmen kann?

Die Dynamik kann auch langsamer sein, bin mir nicht genau sicher, wie lange der Stack zum Hochfahren braucht, vllt 5 min, bis zur vollen Leistung.
Allerdings ist es ja eine Testumgebung und die kann auch besser sein. Und geregelte Potentiostate/Galvanostate können doch auch so schnelle Änderungen oder nicht?

- Ja, die E-Technik-Grundlagen…
- Eine Stromquelle ist etwas anderes als eine Spannungsquelle! Die unterscheiden sich im Innenwiderstand…

Ich denke schon, dass mir bewusst ist, dass es einen unterschied gibt zwischen einer Strom und einer Spannungsquelle.
Da ich aber den Messkreiswiderstand relativ genau kenne, kann ich den Strom auch über die Spannung regulieren oder nicht ? Ist es dann nicht egal, ob ich
bei 164 mOhm zB einer Stromquelle sage, gibt 1 A, oder einer Spannungsquelle sage, stelle 164 mV ein?

- Und bei 112 Messwiderständen willst du also mal eben max. ±120A handhaben? Da brauchst du ein dickes Netzteil dahinter!

Ja, dieser entsprechende Stack wäre ca 200 cm² a 4 Zellen. Im Nennarbeitspunkt ca 200 - 250 W. Ich würde nur eine Zelle im Stack konzipieren.

- @Erik: ich glaub du solltest dir erst mal Gedanken über die Elektronik machen. Wenn du da Probleme hast und unsicher wirst, dann ist es vermutlich
jetzt an der Zeit das nachzuholen. Die Probleme vor denen du im Moment stehst kann eine Software auch nicht lösen. Wenn du weist wie deine Hardware aussehen soll, dann
kannst du dir überlegen wie du das ganze steuern willst.

Es ist konzeptionell, daher würde ich gerne verschiedene Vorschläge reinschreiben. Die einfachste davon möchte ich allerdings selber
in klein (3*3) testen, um irgendwelche selbstgesteckten Ziele zu validieren. Daher betrachte ich zunächst einmal die Hardware:
Es Wäre möglich, OPVs zu nehmen, daraus baut man ja auch Potentiostate. Dann könnte ich den Strom kontinuierlich regeln.
Eine weitere Möglichkeit wäre ein Potentiostat an alle Segmente anschließen, vorher die Spannung festlegen und dann über Relais die Segmente diskret ein oder abschalten.
Diese beiden Möglichkeiten würde ich zum Beispiel nennen. Fallen euch noch andere ein?

Hier zB aus einer Dissertation:
[siehe Attachment] Quelle: Untersuchungen zum Wasserhaushalt von PEM BZ - Alexander Hakenjos

- Ein paar grundsätzliche Überlegungen:
- im End-Zustand 112 Elemente separat steuern brauchst du min 112 IOs. Nehmen wir mal an du steuerst den Strom pro Element mit einem Transistor (nur als Beispiel), dann brauchst du in deiner LabVIEW-Software 112 Analog-Ausgänge ... Wenn du MOSFETs benutzen willst 112 high-speed Digitalausgänge. Welches Gerät (eine NI Messkarte, ein cRIO oder ein Arduino) diese IOs bereit stellt ist erst weniger wichtig.

- Entscheidest du dich z.B. dafür eine 3 x 3 Matrix aufzubauen und dafür einen Arduino zu verwenden der über RS232 seine Befehle erhält, dann brauchst du am Ende zig RS232-Ports, die alle in deiner Software verwaltet werden wollen. Machst du es direkt mit NI Messkarten dann musst du ordentlich Hirnschmalz reinstecken wie du 112 DIOs verwaltest, für 112 AOs bräuchtest du vermutlich ein PXI-System mit vielen teuren Messkarten ...

- Fang mal mit den Basics an und designe dir dein System so wie du es brauchst oder meinst am besten realisieren zu können, dann kann man auch über die Software diskutieren.

Also ich hab ja oben bereits zwei Möglichkeiten beschrieben. Da ich eine einfachst mögliche Realisierung machen möchte, denke ich, die Variante mit einem Potentiostat und Relais ist einfacher.

Nun zu der Steuerung. Falls ich die kontinuierliche Lösung doch noch nehmen würde, bräuchte ich eine hinreichend genaue Spannung als Eingang für die OPVs, zB PWM und Kondensator als Filter ?
Da gibt es sicher teure I/O Sachen. [Für das Messsystem wurde eine eigene Elektronik entwurfen, aber alleine das nimmt natürlich schon
mehrere Arbeiten in Anspruch; teure Geräte wird die Uni sicher auch nicht auf blauen Dunst für ein Konzept kaufen]

Für die diskrete Steuerung:
(Idee, ich spanne eine Graphitplatte (BPP) zwischen 9 Segmente des Simulators und der Messstrecke, schicke nur über das mittlere Strom, und messe, wieviel über die Nachbarsegmente fließt (Lateralstrom))
Dh ich bräuchte 9 Digitale Signale, die ich mit Labview ansteuern möchte. Das ganze soll live gehen und möglichst billig und einfach sein.
Was denkt ihr wäre eine billige und einfache Variante?

- Die Grund-Idee war Ethernet-Arduinos....
- Gruß, Jens

Das war halt nur eine Idee, ich hab halt keine Ahnung, was es alles so an praktischen Geräten gibt.
Da wären die Kosten halt 20 - 50 € für den Arduino plus die Kosten für die Relais (falls sowas nicht an der Uni gibt).
Eine Potentiostat ist vorhanden. Für 9 Segmente ist das auch nicht so viel Leistung, die es bringen muss.
Da wäre dann die Schwierigkeit in der Programmierung, dass Labview mit dem Arduino zusammenarbeitet.
Gibt es noch günstigere Varianten?

Für das Konzept (mit 112 Signalen) würde ich dann sagen: man könnte sich eine eigene Elektronik bauen, oder man kauft eine dieser teuren Karten, oder was weiß ich was.

(Hier allerdings noch ein kleiner Nachschub: Das ganze Konzept soll auch eine Temperatursimulation beinhalten [gibt es geregelte Heizelemente, die ca auf 1 cm² passen?]; ich denke nicht, dass es
für den Testaufbau wichtig ist; hier reicht wahrscheinlich auch erstmal die Stromdichtesimulation; für das Konzept: dann bräuchte ich nochmal 112 ADCs für die Regler und 112 Outputs für die Heizelemente ? )


mfG

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ps:
Die Lateralströme als größte Fehlerquelle kommen bei diesem Verfahren durch das Messsystem zustande. Ist aber auch eigentlich egal.
Ich hoffe, ihr habt trotzdem verstanden, was ich mit den 9 Segmenten machen will.