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Optimierte Brennstoffzellen machen Elektrobusse zu einer attraktiveren Wahl

Wasserstoffbetriebene Elektrobusse mit Brennstoffzelle sind sowohl umweltfreundlich als auch energieeffizient, benötigen jedoch eine verbesserte Verfügbarkeit und Zuverlässigkeit ihrer Brennstoffzellensysteme. Um jederzeit die besten Betriebsbedingungen für Elektrobusse mit Brennstoffzelle zu gewährleisten, hat eine EU-Initiative fortschrittliche Kontrollsysteme zur Messung der Lebensdauer von Brennstoffzellen eingeführt.

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Die Erhöhung der Verfügbarkeit und Zuverlässigkeit von Elektrobussen mit Brennstoffzelle hat sich für mehrere EU-finanzierte Projekte als schwierig erwiesen. Eine solche Initiative war zum Beispiel CHIC, bei der für Wasserstoffbusse nur eine Verfügbarkeit von 70 % gemessen wurde, während für deren mit Diesel betriebene Pendants eine Verfügbarkeit von 96 % festgestellt werden konnte. „Dadurch haben Wasserstoffbusse einen schlechten Ruf bekommen“, so Federico Zenith, Koordinator des EU-finanzierten Projekts Giantleap. Das Team von Giantleap entwickelte Prognosemethoden für Brennstoffzellensysteme, nämlich die Brennstoffzellen selbst und zusätzliche Komponenten wie Kompressoren, die für die Zuverlässigkeit häufig entscheidender sind. „Wir haben einen Reichweitenverlängerer-Ansatz verfolgt, bei dem die Brennstoffzellen und Wasserstofftanks an einen Batteriebus als eine Art Handladestation angeschlossen werden, die bei Störungen leicht entfernt und vom Bedienpersonal ausgetauscht werden kann“, erklärt Zenith.

Algorithmen für „kränkelnde“ Brennstoffzellen

Die Projektpartner erstellten einen Algorithmus, der für die Brennstoffzellen eine Lebensdauer von 15 000 Stunden Dauerbetrieb im Vergleich zum ursprünglichen Ziel von 12 000 Stunden projiziert. Darüber hinaus entwickelten sie auch Algorithmen, die den Verschleißzustand einer Brennstoffzelle in nur wenigen Sekunden bestimmen. Diese Algorithmen wurden erfolgreich an Brennstoffzellenstacks in voller Größe getestet. „Wir konnten die Ausfälle von Kompressoren erklären, die anomalen Übergangszuständen ausgesetzt waren, welche einen höheren Verschleiß verursachten und die Hauptursache für das Versagen von Brennstoffzellensystemen sind“, berichtet Zenith. Die Kostenprognosen für den Prototyp des Brennstoffzellensystems sind vielversprechend. Zudem demonstrierte das Team erfolgreich die Machbarkeit eines Reichweitenverlängerers für Batteriebusse auf öffentlichen Straßen, jedoch ohne tatsächliche Fahrgäste. Die Möglichkeit, den Reichweitenverlängerer bei Störungen auszutauschen, erhöht dabei die Verfügbarkeit des Busses erheblich. Durch die große Batteriekapazität kann der Bus seine Route selbst dann beenden, wenn während des Einsatzes Störungen auftreten sollten. Schließlich führten die Forschenden weitere Untersuchungen zum Phänomen der Zellverjüngung durch, das erstmals im Vorgängerprojekt Sapphire beobachtet wurde. „Wir haben jetzt ein besseres Verständnis der Bedingungen, unter denen wir einen gewissen Verschleißzustand einer Brennstoffzelle wieder rückgängig machen können, der zuvor als irreversibel galt, auch wenn es noch einige alternative Erklärungen für diese Mechanismen gibt“, stellt Zenith fest.

Positive Projekterfahrung führt zu erfolgreichen Partnerschaften

Giantleap stieß beim Projektpartner Bosch Engineering, einem führenden deutschen Hersteller von Kraftfahrzeugteilen und -zubehör, auf großes Interesse an der Brennstoffzellentechnologie. „Das Unternehmen wendete mehr Ressourcen auf als veranschlagt waren, um so viel Fachwissen wie nur möglich aus dem Projekt herauszuholen, was ein deutliches Anzeichen für die dem Projekt beigemessene strategische Bedeutung war“, sagt Zenith. Zum Projektende hatte Bosch Engineering eine strategische Zusammenarbeit mit dem schwedischen Brennstoffzellenhersteller PowerCell angekündigt. Außerdem begann das Unternehmen die Zusammenarbeit mit dem amerikanischen Hersteller von Elektrolastkraftwagen Nikola Motors bei dessen neuem Wasserstofflastkraftwagen Nikola Two. „Giantleap hat zu einem besseren Verständnis der Verschleißvorgänge in Brennstoffzellen und deren Systemen beigetragen“, fasst Zenith zusammen. „Die Erhöhung der Lebensdauer und Zuverlässigkeit des Brennstoffzellensystems sollte die Verfügbarkeit von Elektrobussen mit Brennstoffzelle steigern und gleichzeitig die Gesamtbetriebskosten senken.“

Schlüsselbegriffe

Giantleap, Brennstoffzelle, Bus, Brennstoffzellensystem, Reichweitenverlängerer, Elektrobusse

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