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Brennstoffzellen-Antriebsstrangtechnologie

 

Der Verkehrssektor wächst stetig, da sich das Mobilitätsverhalten in den letzten Jahrzehnten erheblich verändert hat. Die Zahl der täglichen Fahrten ist relativ konstant geblieben, obwohl die zurückgelegte Entfernung zwischen Arbeitsplatz und Wohnort zunimmt. Im Vergleich zu anderen Sektoren ist es bisher noch nicht gelungen, die Treibhausgasemissionen von der steigenden Mobilitätsnachfrage abzukoppeln. Mit wasserstoff-betriebene Fahrzeuge bieten große Reichweiten und werden insbesondere im Schwerverkehr eine wichtige Rolle bei der Dekarbonisierung des Mobilitätssektors spielen.

HyPower hat das Ziel, den Antriebsstrang von alternativen Elektro- und Brennstoffzellen (BZ)-Hybridfahrzeugen für den Schwerverkehr zu verbessern, um einen Transport ohne fossile Brennstoffe zu ermöglichen und den Gesamtenergieverbrauch des Fahrzeugs zu verringern. Darüber hinaus wird das Kostenoptimum des Fahrzeugs durch ein optimiertes Verhältnis von BZ- und Batteriegröße erreicht, da dies eine hohe Reichweite und einen vorteilhaften Betrieb gewährleistet.

Das derzeit bevorzugte Verhältnis ist ein reichweitenverlängernder BZ-Antrieb. Dies führt zu einer Verlängerung der Lebensdauer von BZ-Hybridbussen und -Lkw, da ungünstige Betriebspunkte in diesen Fahrprofilen begrenzt werden können. Langfristig wird sich das Verhältnis von BZ- zu Batterieantrieb bei Fahrzeugen mit hoher Laufleistung zugunsten des dominanten BZ-Antriebs mit einer kleinen Batterie verschieben, ähnlich wie bei konventionellen Dieselhybridmotoren.

© HyCentA; H2 Bus an der Tankstelle

Das Wärmemanagement von Brennstoffzellensystemen ist vor allem für mobile Anwendungen eine große Herausforderung, was auf den begrenzten Platz in Fahrzeugen und den diskontinuierlichen Betrieb zurückzuführen ist. Der Kühler eines brennstoffzellen-betriebenen Lkw muss im Vergleich zu einem herkömmlichen Diesel-Lkw fast doppelt so groß sein, um die gesamte Abwärme abzuführen. Das Wärmemanagement für Brennstoffzellen ist nicht nur bei normaler Betriebstemperatur wichtig, sondern auch beim Kaltstart, der bei jedem Fahrzeug häufig vorkommt. Vor allem bei Temperaturen unter dem Gefrierpunkt muss das Kühlwasser erwärmt werden, um die Startzeit der PEM BZ zu beschleunigen, da sich in den Strömungskanälen Eis bildet und den Gastransport blockiert. Daher ist das Wärmemanagement immer noch eine große Herausforderung für H2-betriebenen Schwerverkehr.

Das übergeordnete Ziel von HyPower ist die Optimierung von Brennstoffzellenfahrzeugen mit dem Schwerpunkt auf der:

  • Entwicklung eines Simulationsprogramms für die Antriebsstrangentwicklung und die damit verbundenen Anforderungen für schwere Nutzfahrzeuge z.B. Busantriebsstränge
  • Verbesserung des zugehörigen Thermomanagementsystems
  • Entwicklung eines Testverfahrens und Aufbau eines Komponenten- sowie Subsystemprüfstandes, um Balance-of-Plant (BoP)-Komponenten oder Hardware-in-the-Loop (HiL)-Systeme auf ihre Eignung unter Brennstoffzellenbedingungen zu testen

 

 

Projektlaufzeit 10/2021 – 03/2024
Bereich Mobilität
Projektleitung + Kontakt HyCentA Research GmbH,
Rebekka Köll, koell@hycenta.at
Partner Henn GmbH und Co. KG, TU Graz – ITNA, ÖBB Postbus GmbH

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