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Dieser deutsche Zulieferer hat die Brennstoffzelle im Visier

Lesen Sie mit welchen Komponenten der Brennstoffzellenantrieb sicherer und langlebiger werden soll.

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Brennstoffzellenantriebe sind eine Herausforderung für die Konstrukteure, denn die hohen Drücke des Wasserstoffs erreichen bis zu 350 bar in den Speicherbehältern. Auch die extremen Anforderungen an das Thermo- und Medienmanagement und die Empfindlichkeit von Brennstoffzellenstacks gegen Verunreinigungen und Schadgase im Luftstrom erfordern eine perfekt abgestimmte Auslegung der Brennstoffzellenperipherie.

Zu den nun vorgestellten Teilen des deutschen Zulieferers Mahle gehört ein mehrschichtiger Filter, der die Zelle schützt, indem Partikel und Schadgase abgeschieden werden. Er ist aus mehreren Schichten aufgebaut, unter anderem einem Partikelfilter, einer Molekularschicht und zwei Aktivkohleschichten. Ebenfalls neu ist ein Verdichter mit speziellem Ölschutz, ein Flachmembranbefeuchter oder ein Brennstoffzellen-Überwachungssystem, das über Mikroprozessoren Signale aus dem Brennstoffzellen-Stack verarbeiten und Rückmeldung an ein zentrales Steuergerät geben kann.

Komplexes Thermomanagement

Der Einsatz von Brennstoffzellen erfordert komplexere Kühlanlagen und größere Kühlmittelkühler. Grund dafür ist die erhöhte Gesamtabwärme und das reduzierte Temperaturniveau im Vergleich zum Verbrennungsmotor. Die damit sinkende Temperaturdifferenz zur Außentemperatur muss durch einen höheren Kühlluftstrom kompensiert werden. Zudem sind durch den wegfallenden Riementrieb durchgehend elektrische Lüfter nötig. Sämtliche Komponenten müssen darüber hinaus gegen das entionisierte Kühlmittel beständig sein.

Fahrzeuge mit Brennstoffzellenantrieb verfügen über eine Pufferbatterie. Der Lade- und Entladevorgang von Batterien ist mit Wirkungsgradverlusten behaftet, wobei ein Teil der Energie in Wärme übergeht. Da Lithium-Ionen-Batterien in einem bestimmten Temperaturbereich betrieben werden müssen, ist auch hier eine Temperierung der Batterie nötig. Hierzu durchströmt das Kühlmittel eines Sekundärkreislaufs eine Kühlplatte unter der Batterie. Nach der Wärmeaufnahme wird das Kühlmedium beispielsweise in einem sogenannten Chiller auf die Eingangstemperatur gekühlt. Die Temperatursenkung im Chiller erfolgt durch die Verdampfung eines Kältemittels, das im Kältekreislauf zirkuliert.

Permanente Überwachung

Brennstoffzellenstacks erfordern eine permanente Überwachung im laufenden Betrieb. Dadurch werden nicht nur Schäden vermieden, sondern wichtige Eingangsgrößen wie Gas- oder Luftzuführung beeinflusst. Das Mahle Fuel Cell Monitor Modul verfügt über zwei Mikroprozessoren, die Signale aus dem Brennstoffzellenstack verarbeiten und Rückmeldung an das zentrale Steuergerät geben. Im Bedarfsfall kann die Spannung im Brennstoffzellenstack direkt über ein Halbleitermodul entladen werden. Stromverteiler und Entladewiderstand sind dabei auf einer Kühlplatte untergebracht, um eine einwandfreie Funktion zu gewährleisten.

Alle Komponenten für den Brennstoffzellenantrieb sind darauf ausgerichtet, die Herstellungskosten zu verringern und die Betriebssicherheit zu erhöhen. Das Ziel von Mahle ist es, aus dem derzeitigen Komponentenangebot ein Brennstoffzellen-System-Portfolio mit modularem Ansatz zu machen.

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