Energiemanagement von Brennstoffzellenfahrzeugen

Abstract

Zur systematischen Betrachtung des Energiemanagements von Brennstoffzellenfahrzeugen kann eine Aufteilung des gesamten Fahrzeugantriebs in zwei Subsysteme, den Primärenergiewandler Brennstoffzellensystem, sowie den elektrischen Antriebsstrang des Fahrzeugs erfolgen. Eine Grundvoraussetzung für einen hohen Zyklus-Wirkungsgrad eines Brennstoffzellenfahrzeugs ist ein hoher Wirkungsgrad des Primärwandlers. Dieser wird wesentlich durch den Wirkungsgrad der Brennstoffzelle selbst, sowie durch den Systemwirkungsgrad des Brennstoffzellensystems bestimmt, der wesentlich durch den Hilfsenergiebedarf festgelegt ist. Im Beitrag wird ein Überblick zu Brennstoffzellensystemen für die Traktion gegeben und die Maßnahmen zur Erreichung eines hohen Systemwirkungsgrads herausgearbeitet. Dabei dient das Brennstoffzellensystem des DLR-Technologieträgers HyLite als praktisches Beispiel. Außerdem wird im Beitrag - ebenfalls unter Heranziehung des Beispiels HyLite - die Einbindung des Brennstoffzellensystems in den Antriebsstrang des Fahrzeugs besprochen. Dabei wird auch auf den so genannten Brennstoffzellenhybrid eingegangen (engl.: Fuel Cell Hybrid Electric Vehicle), bei dem ein Brennstoffzellensystem als Stromerzeugungseinheit mit einem elektrischen Energiespeicher und einer elektrischen Maschine kombiniert wird. Diese Kombination eröffnet eine Reihe von Zusatzmöglichkeiten gegenüber einem reinen Brennstoffzellenantrieb, wie z.B. Bremsenergierückgewinnung, Leistungsaddition, Optimierung von Fahrzeug- und insbesondere Kaltstartverhalten, Lastpunktverschiebung zu höheren Wirkungsgraden, sowie die Phlegmatisierung des Brennstoffzellensystems. Die so genannte Hybridisierung von Brennstoffzellenfahrzeugen wird von den meisten Fahrzeugherstellern, die Brennstoffzellenfahrzeuge entwickeln, in Betracht gezogen. Der Technologieträger HyLite ist als Hybrid ausgeführt. Das Kriterium hohe energetische Effizienz ist ein wichtiges Optimierungskriterium, das aber mit anderen Kriterien wie z.B. ausreichende Dynamik, Lebensdauer der Komponenten konkurriert. Auch auf diese Aspekte wird im Beitrag eingegangen.