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05.12.2019

Komponenten für Brennstoffzellen-Anwendungen

Alternative Antriebe

Die Pierburg GmbH, eine Tochtergesellschaft von Rheinmetall Automotive, hat Produkte für Brennstoffzellen-Fahrzeuge entwickelt. Neben einem leckagefreien Regelventil, das für die Anforderungen von Brennstoffzellen geeignet ist, wurden eine Kühlmittelpumpe und ein Wasserstoff-Rezirkulationsgebläse vorgestellt. Beide sind für Niedervolt- und Hochvolt-Bordnetze mit 400 und 800 V geeignet.

© Rheinmetall Automotive

© Rheinmetall Automotive

Das Regelventil MPV (Multi Purpose Valve) genannt, weist eine kompakte Konstruktion bei geringem Gewicht auf und eignet sich für den Einsatz auf der Kathodenseite der Brennstoffzelle. Es ist resistent gegen de-ionisiertes Wasser und Wasserstoff und ermöglicht eine proportionale und präzise Regelung. Dabei verbindet es laut Hersteller eine hohe Dichtigkeit mit einer hohen Durchflussrate bei gleichzeitig geringem Druckverlust. Das Ventil kommt als Schubumluft- oder Bypassventil für den Luftkompressor zum Einsatz oder kann als Druckregelventil sowie als Isolations- beziehungsweise als Abschaltventil für den Brennstoffzellenstapel genutzt werden.

In Ergänzung zu Pumpen für den Spannungsbereich von 12 bis 48 V wurden jetzt speziell für Brennstoffzellen-Anwendungen Kühlmittelpumpen entwickelt, die für Spannungslagen von 400 V und alternativ für bis zu 800 V geeignet sind. Diese Hochvolt-Kühlmittelpumpen werden von einem bürstenlosen EC-Motor mit sensorloser Regelung angetrieben. Sie verfügen über eine LIN/CAN-Bus-Kommunikation und entsprechende Diagnosefunktionen. Die Pumpen haben eine elektrische Leistung von bis zu 2,2 kW. Sie eignen sich für den Einsatz mit de-ionisiertem Wasser und verschiedenen Kühlmitteln.

Hohe Wasserstoffdichtigkeit durch Rezirkulationsgebläse

Brennstoffzellensysteme verfügen auf der Anodenseite über ein Rezirkulationssystem für nicht verbrauchten Wasserstoff. Hierzu wird häufig ein aktives Gebläse eingesetzt, das auch bei hohen Konzentrationen von Wasserstoff dauerhaft sicher und effizient funktionieren muss. Um dies zu gewährleisten, wurde bei Pierburg ein Wasserstoff Rezirkulationsgebläse (HRB) entwickelt, das auf einem Seitenkanalverdichter beruht und keine dynamischen Dichtelemente aufweist, um dauerhaft höchste Wasserstoffdichtigkeit zu gewährleisten.

Dieses über die gesamte Lebensdauer leckagearme Gebläse ist jetzt sowohl für Hochvolt- als auch für Niedervoltspannungen verfügbar. Das Gebläse ist kaltstartfähig. Die elektrische Leistung reicht von 0,7 bis 2 kW bzw. in der Niedervoltausführung bis zu 400 W. Angetrieben wird es von einem bürstenlosen Motor mit sensorloser Regelung; LIN/CAN-Bus Kommunikations- und Diagnosefunktionen sind vorhanden.

Die Bedeutung der Brennstoffzelle

Die Brennstoffzellen-Technologie kombiniert große Reichweiten mit kurzen Betankungszeiten und ist damit eine wichtige Ergänzung zu rein batterieelektrischen Fahrzeugen. Inzwischen sind Fahrzeuge mit Brennstoffzellen von einigen Fahrzeugherstellern am Markt, weitere OEMs in Asien und Europa kündigen die Serieneinführung dieser Technologie für die nächsten Jahre an.

Bisher lag der Schwerpunkt der Entwicklung von Brennstoffzellen-Fahrzeugen bei mittelgroßen PKWs, aktuell verschiebt er sich in Richtung schwerer PKWs und SUVs und umfasst auch LKWs und Busse. Solche schweren Fahrzeuge mit Batterien für angemessene Reichweiten auszustatten, bleibt auf absehbare Zeit aufgrund der Kosten für die Batterie, ihres Gewichts und ihres benötigten Bauraums unwirtschaftlich. Hier scheint die Brennstoffzelle die wirtschaftlichere Lösung zu sein.

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