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MIT DER BRENNSTOFFZELLE IN DIE AUTOMOBILE ZUKUNFT

Steinbeis 2i optimiert als Projektpartner das Brennstoffzellensystem mit

Die Brennstoffzellentechnologie ist reif für eine breite Anwendung im Automobilsektor: Davon sind die Partner des EU-Projekts INN-BALANCE überzeugt und wollen die Serienfertigung von verbesserten Brennstoffzellen voranbringen. Das von der EU finanzierte Innovationsvorhaben richtet den Fokus auf die peripheren Komponenten der Brennstoffzelle. Hierfür werden neue Funktionen und Konzepte entwickelt, beispielsweise für die Zufuhr von Wasserstoff und Sauerstoff in der Brennstoffzelle, für das Wärmemanagement und die Funktionsüberwachung des gesamten Brennstoffzellensystems. Die Steinbeis 2i GmbH übernimmt als Projektpartner die Kommunikation sowie die Verbreitung und Verwertung der Ergebnisse.

Hilfskomponenten, auch „Balance of Plant“ (BoP) genannt, wie sie aktuell in automobilen Brennstoffzellsystemen verbaut werden, haben Optimierungspotenzial: insbesondere im Hinblick auf ihre Integration und Interaktion im System sowie hinsichtlich der hohen Herstellungskosten. Das EU-Projekt INN-BALANCE strebt daher an, verbesserte, ideal angepasste BoP-Komponenten zu entwickeln, die einen effizienten Betrieb von zukünftigen Brennstoffzellenfahrzeugen garantieren und zugleich die Kosten reduzieren. Damit will man vor allem der Wasserstoffmobilität für Pkw Auftrieb verleihen.

Die BoP-Komponenten sind für das Funktionieren der Brennstoffzelle essentiell. Sie steuern das System und regeln die Zufuhr von Wasserstoff und Luft im Brennstoffzellenstapel. Zunächst hat das Projektteam die wichtigsten Parameter und Schnittstellen der Hilfskomponenten für das Brennstoffzellensystem definiert und den Gesamtentwurf des Systems fertiggestellt. Auf dieselbe Weise wurden das Design des Brennstoffzellengehäuses sowie das Anoden-, Kathoden- und Kühlungsmodul definiert. Das Kühlungsmodul reguliert das Wärmemanagement im Brennstoffzellenstapel, das entscheidenden Einfluss auf das Wassermanagement, die Leistung und die Lebensdauer der Brennstoffzelle hat. Es muss eine stets optimale Temperatur der BoP-Komponenten gewährleisten und Wärme nach Bedarf an den Fahrzeuginnenraum liefern.

Für das Anodenmodul hat INN-BALANCE eine verbesserte Spülstrategie entwickelt: Eine integrierte Injektor-/Ejektor-Lösung erhöht die Leistung des Stapels und reduziert Wasserstoffverluste auf ein Minimum. Die kompakte Lösung beansprucht wenig Platz und spart Energie ein, da sie ohne eine mechanische Umwälzpumpe auskommt. In einem nächsten Schritt hat man den Luftkompressor-Prototypen getestet und alle zu den Komponenten gesammelten Daten in ein umfassendes Modell für die Kostenberechnung integriert.

FAHRPLAN FÜR DIE LANGZEITTESTS DER KOMPONENTEN

Die ersten Tests an den entwickelten Komponenten wurden bereits in den Laboren einiger Projektpartner durchgeführt. Als nächster Schritt soll das Design der Komponenten auf Basis der Testergebnisse weiter optimiert werden, die überarbeiteten Teile werden dann an das Unternehmen PowerCell geschickt. Der schwedische Brennstoffzellenhersteller wird die Funktionalität und Kompatibilität der Komponenten auf Systemebene in einem Brennstoffzellen-Prüfstand bis voraussichtlich Mitte 2020 testen.

„Die Tests ermöglichen uns, auch kleinere Mängel im Design der einzelnen Komponenten und auf Ebene der Systemarchitektur zu ermitteln. Darauf richten wir den Fokus bei der Überarbeitung der Komponenten. Denn unser Ziel ist es, Brennstoffzellenkomponenten bereitzustellen, die in Sachen Strapazierfähigkeit und Lebensdauer Fahrzeugteilen in herkömmlichen Autos in nichts nachstehen“, erläutert der Projektkoordinator Thibaud Mouton von der Fundación Ayesa, Spanien.

PARTNER AUS CHINA UNTERSTÜTZT MARKTEINFÜHRUNG

Mit dem Einstieg von China Euro Vehicle Technology (CEVT), ein Unternehmen der Geely Holding Group, in das Projekt im Juli 2019 wurden die technischen Kompetenzen des Konsortiums um weltweit anerkannte Expertise in der Fertigung erweitert. CEVT wird die unternehmenseigene Compact Modular Architecture (CMA) zur Verfügung stellen, um den Einbau der INN-BALANCE Komponenten in einem realen Fahrzeug nachzubilden. Der Einbau der Komponenten in die CEVT-­­Fahrzeugplattform wird die Leistungsfähigkeit des gesamten Systems, einschließlich dessen Effizienz und Stabilität, zeigen.

„Die Plattform dient schon heute der Fertigung konventioneller Autos und könnte dies in der Zukunft unter Verwendung der Komponenten von INN-BALANCE auch für Brennstoffzellenfahrzeuge leisten“, erklärt Benjamin Harwood, der die Projektaktivitäten bei CEVT leitet. „Bei CEVT freuen wir uns, ein Teil des Projekts zu sein und dazu beizutragen, Standards in der Fertigung von Brennstoffzellenfahrzeugen zu setzen“, fügt er hinzu.

Mit den Ergebnissen rechnen die Partner bis Januar 2021. Die Simulation in der Fahrzeugplattform wird die Türen für die Kommerzialisierung und Verwertung der INN-BALANCE-Komponenten in serienreife Produkte öffnen.


KONSORTIUM

INN-BALANCE wird aus Mitteln der Fuel Cells and Hydrogen Joint Undertaking (FCH JU) von der EU (Grant Agreement No 735969) gefördert und von der spanischen Stiftung Fundación Ayesa koordiniert. Weitere Partner sind:


IM FOKUS: WASSERSTOFF

Die Steinbeis 2i GmbH ist in weiteren Projekten im Bereich Wasserstoff aktiv:

Weitere Infos finden Sie unter www.steinbeis-europa.de/branchen-und-projekte/nachhaltige-mobilitaet.html [4].