Analyse des Mehrverbrauchs von Klimaanlagensystemen in Brennstoffzellenfahrzeugen unter verschiedensten klimatischen Bedingungen

Kurzfassung

Das Ziel der vorliegenden Bachelorarbeit war es, zu untersuchen, wie der Wasserstoffverbrauch eines Brennstoffzellenfahrzeuges beeinflusst wird, wenn das Klimaanlagensystem als Nebenverbaucher eingeschaltet wird. Zur Bewertung des Einflusses des Klimaanlagensystems wurden Umgebungsbedingungen wie Temperatur und Luftfeuchtigkeit variiert. Hierfür wurde der WLTC als Prüfzyklus für die Verbrauchsmessung und ein eigens entwickelter Zyklus namens 'konstante Geschwindigkeit' für die Leistungsaufnahme der Einzelkomponenten verwendet. Das für die Testfahrten gewählte Prüffahrzeug war ein Hyundai Nexo Baujahr 2019. Mit 6,2 kg Wasserstoff welcher in drei Tanks zwischengespeichert wird kann eine Reichweite, laut Hersteller von bis zu 756 km erreicht werden. Angetrieben wird der Hyundai Nexo über einen permanenterregten Asynchronmotor welcher von der 95 kW Brennstoffzelle gespeist wird. Im Prüffahrzeug selbst wurde eine Vielzahl an Sensorik verbaut um z.B Temperaturen im Innenraum oder Strom- und Spannungsmessungen an der Leistungselektronik, Elektromotor oder Brennstoffzelle vorzunehmen. Mithilfe eines Klimarollenprüfstands konnten Umgebungsbedingungen kontrolliert werden, zuzüglich lieferte dieser Messdaten bezüglich der Geschwindigkeit des Prüffahrzeugs, Temperatur und Luftfeuchtigkeit der Klimakammer. Durch die Auswertung und Analyse der Messdaten konnte festgestellt werden, dass es durch den Einsatz des Klimaanlagensystems zu einer Reichweitenminderung kommt. Bei einer theoretischen Reichweite von 756 km wird diese um 6,892 km reduziert, bei - 7 °C Umgebungstemperatur. Diese Minderung der Reichweite ist minimal, weshalb auf eine effizientes Klimaanlagensystem geschlossen werden kann. Zuzüglich der Reichweite wurden die Einzelkomponenten der Klimaanlage und deren Verhalten bei unterschiedlichsten Umgebungsbedingungen untersucht. So weist der PTC-Heizer bei negativen Temperaturen eine höhere Leistungsaufnahme als der Klimakompressor auf da letzterer ausschließlich für die Kühlung zuständig ist und somit bei negativen Temperaturen nicht verwendet wird. Umgekehrt agieren die beiden Komponenten bei positiven Temperaturen. Des Weiteren werden in dieser Bachelorarbeit der Aufbau und die Funktionsweise des Klimaanlagensystems sowie Unterschiede zu konventionellen Fahrzeugen beschrieben. Für diese Arbeit wurden praktische Arbeiten am Prüffahrzeug durchgeführt und die Messergebnisse im Anschluss an die Messkampagne ausgewertet.