Göbel, Torben

Electrification of aviation with fuel cells requires a redundant and fail-safe system design. To achieve this, multi-3phase systems can offer advantages through segmentation and redundancy. Fuel cell systems, directly coupled to the machine segments without additional batteries, enable additional increases in energy and power density. In this work, multi-source multi-3-phase propulsion system architectures are presented, tested and validated, which show advantages regarding the redundancy of propulsion systems. It is shown that the system is able to compensate multiple failing segments during partial loading.

Der Luftfahrt stehen in naher Zukunft einige notwendige Veränderungen bevor. Während die Flugkilometer voraussichtlich weiter steigen werden, müssen die Emissionen global drastisch gesenkt werden. Neben Antriebssystemen, die die Emissionen reduzieren, scheint das Ziel des emissionsfreien Fliegens nur durch elektrische Antriebe realisierbar zu sein. Eine hier untersuchte Möglichkeit stellt das Fliegen mittels Wasserstoff-Brennstoffzellen dar. Mithilfe von Wasserstoff aus erneuerbaren Energien kann ein Antriebssystem ohne CO₂ oder NOₓ Emissionen verwirklicht werden. Dazu wird ein neuartiges Antriebssystem nach dem H₂-to-Torque-Konzept vorgestellt, wodurch auf eine vereinfachte Elektronik ohne Gleichspannungswandler zurückgegriffen werden kann. Durch ein Multisegment-System enthält das Antriebssystem eine inhärente Redundanz, die im Fehlerfall den sicheren Betrieb weiterhin gewährleistet. Die elektronische Architektur beinhaltet Motor String Power Control Units, welche den hybriden elektrischen Energiefluss aus Brennstoffzelle und Batterie regeln. Nachgeschaltet sind jeweils Motor Control Units, die die Gleichspannung in eine Wechselspannung umwandeln, um den Elektromotor anzutreiben.

The electrical power for conventional commercial aircraft is typically generated as a desired by-product of thrust generation by combustion engines. Thereby, generators driven by the engines supply power to the aircraft´s electrical system. In order to reduce climate damaging emissions, aircraft manufacturers develop hydrogen-powered aircraft propulsion systems, such as the H2-to-Torque-Concept. Parallel fuel cells are coupled to the electric motor via parallel inverter. In this concept, the central generators for the aircraft electrical system are missing. Hence, the aircraft electrical system has to be powered by a different source. One solution is to integrate fuel cell systems in the conventional onboard power supply. This paper looks at how a fuel cell system can power a conventional aircraft electrical system with a mains AC voltage.