Referenzbericht: Fahrzeug mit Brennstoffzellen-Range-Extender

Der in Graz ansässige Automobilzulieferer Magna Steyr entwickelt ein Antriebskonzept, das die Vorteile von Brennstoffzelle und Batterie vereint. ARADEX liefert die Technologie für die DC/DC-Wandlung zur Integration der Brennstoffzelle in das Antriebssystem!

Das Wichtigste in Kürze

  • Kombination aus 15 kW Batterie und 3 kg Wasserstoffspeicher mit je 700 bar für Brennstoffzellen-Range-Extender
  • Große Reichweiten bei null Emissionen
  • Schnelles Betanken mit Wasserstoff möglich
  • Vermeidung von Lärmbelästigung durch geräuscharmen Antrieb
  • Abwärme der Brennstoffzelle wird für Beheizung des Innenraums verwendet
  • Technologie zur Anbindung der Brennstoffzelle kommt von ARADEX

Das Projekt

Zu wenig Reichweite, zu lange Ladezeiten – der von Magna umgebaute Kleinbus soll mit gängigen Vorurteilen, die gegenüber Elektrofahrzeugen bestehen, aufräumen. Dies gelang mit einem elektrischen Antrieb der von einer Kombination aus Batterie und Plug-In Brennstoffzellensystem gespeist wird. Proton Motor Fuel Cell, Partner von ARADEX, steuerte das Brennstoffzellensystem bei und lieferte mit der VECTOPOWER-Technologie von ARADEX auch gleich eine Lösung für die effiziente Anbindung des Brennstoffzellensystems in den batteriegestützten Gleichspannungszwischenkreis.

Die Herausforderung

Das Fahrzeug sollte hinsichtlich des Fahrkomforts keine Nachteile gegenüber Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor aufweisen. Um diesem Anspruch gerecht zu werden, mussten optimierte Lösungen in punkto Reichweite, Leistung, Betankungszeit und Effizienz erarbeitet werden.

Die Umsetzung

Für das Antriebskonzept aus Batterie und Brennstoffzelle wurde das Allrad-Fahrzeug mit zwei Elektromotoren ausgestattet: der Motor an der Vorderachse liefert 75 kW Leistung bei einem Drehmoment von 280 Nm, der Motor an der Hinterachse 50 kW bei einem maximalen Drehmoment von 200 Nm. Als Stromspeicher wurden eine 15 kW Lithium-Ionen Batterie sowie Tanks für 3 kg Wasserstoff bei 700 bar verwendet. Bei reiner Verwendung der Batterieenergie kommt das Fahrzeug auf eine Reichweite von ca. 60 Kilometern ohne zwischenzeitlich nachgeladen werden zu müssen. Doch dank der Brennstoffzelle ist auch nach 60 km noch nicht Schluss: Ein optimiertes Powermanagement garantiert, dass die Batterie im Fahrbetrieb nicht entladen wird und so die Reichweite des Fahrzeugs nicht von der Batterie abhängig ist. Die gesamte Fahrenergie wird durch die im Wasserstoff gespeicherte Energie bereitgestellt, während die Batterie lediglich die Spitzenleistungen abdeckt und die Rekuperationsenergie aufnimmt. Auf diese Weise kann die Reichweite auf bis zu 500 km erhöht werden – ohne Nachladen!

Doch auch das Nachladen selbst wurde optimiert: Die Befüllung der Wasserstofftanks braucht nur zwei Minuten und damit nicht länger als das Betanken eines Dieselfahrzeuges. Eine externe Beladung der Batterie ist überhaupt nicht nötig, da diese durch die Rekuperationsenergie geladen wird.

Um die Brennstoffzelle, die naturgemäß über ein schwankendes Spannungsniveau verfügt, optimal in das Antriebssystem zu integrieren, wurde die DC/DC Technologie von ARADEX verwendet. Diese gleicht die schwankende und niedrigere Spannung der Brennstoffzelle an, womit eine effiziente Nutzung der Wasserstoffenergie ermöglicht wird.

Bei der Auslegung von Antrieben mit Batterien und Brennstoffzellen-Plug-In Hybriden steht hinsichtlich der Dimensionierung der einzelnen Komponenten Spielraum zur anwendungsspezifischen Anpassung zur Verfügung.

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