Forschungsprojekt: Miniaturisiertes H2-Sensorik-System zur Sicherstellung der Akzeptanz von Brennstoffzellen-Antrieben; Teilvorhaben: Definition der anwendungsspezifischen Sensor-Anforderungen. Aufbau und Test von Funktionsdemonstratoren im Sensor-System-Gehäuse

Abstract

Mit Brennstoffzellen betriebene Fahrzeuge besitzen zukünftig Wasserstoffsensoren im Abgas, welche die Emission von Wasserstoff während des Betriebes überwachen. Ähnlich wie Wasserstoff-Leckage-Sensor, sind sie Teil des Sicherheitskonzeptes und Betriebsstrategie des Fahrzeugs. Um den harten und sicherheitsrelevanten Anforderungen im Abgas gerecht zu werden, wurde im Förderprojekt mit neuen Ansätzen und moderner Halbleitertechnologie robuste und dauerfeste Sensoren untersucht und aufgebaut.

Im Rahmen des Förderprojektes wurden die technischen Anforderungen an den Sensor gesammelt und spezifiziert. Verschiedene Messkonzepte wurden erforscht und mit Hilfe von ersten Prototypen evaluiert. Die so erhaltenen Ergebnisse wurden mit dem Stand der Technik verglichen, bewertet und in ein konkretes Konzept umgesetzt. Im Gegensatz zum ursprünglich beabsichtigten Konzept zwei Wasserstoff-Sensoren zu kombinieren, wurde eine thermische Wasserstoff Sensor mit einem Feuchtesensor kombiniert, was hinsichtlich der Messgenauigkeit unter Applikationsbedingungen zielführende Performance zeigte. In mehreren Musterschleifen wurden die Sensor-Chips optimiert und in einem Halbleitergehäuse verbaut. Basierend auf dieser Integrationsebene wurden erste Belastungstest zur Dauerfestigkeit positiv abgeschlossen. Zeitgleich wurde ein Systemgehäuse mit Elektronik entworfen und getestet. Ein fahrzeugfähiger Demonstrator, auf Basis der gewonnenen Erkenntnisse, wurde zu Projektende über Temperatur, Gaskonzentration, Feuchte, Druck und Strömung getestet. Bis auf wenige minimale Schwächen konnten speziell bei dem zentralen Punkt der Messgenauigkeit sämtliche Zielsetzungen des Gesamtkonzeptes erreicht werden. Mit dem Funktionsdemonstrator besteht nun die Möglichkeit zusammen mit der Fahrzeugindustrie weiterführende Untersuchungen und Industrialisierungsschritte durchzuführen.