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Range Extender 100-Kilowatt-Brennstoffzelle für Autos im Dauertest

| Autor: Thomas Kuther

Ein Belastungstest der besonderen Art ist dem Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg (ZSW) gelungen: Das Institut demonstrierte im Dauerbetrieb einer 100-kW-Brennstoffzelle eine wöchentliche Fahrleistung von mehr als 5600 km.

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Im Dauertest: ein fahrzeugtauglicher 100-kW-Brennstoffzellen-Stack im ZSW-Teststand im Ulmer Brennstoffzellen-Testzentrum
Im Dauertest: ein fahrzeugtauglicher 100-kW-Brennstoffzellen-Stack im ZSW-Teststand im Ulmer Brennstoffzellen-Testzentrum
(Bild: ZSW/Bosa )

Mit der derzeit laufenden Markteinführung von Brennstoffzellen-Autos steigt der Bedarf an Tests weltweit und damit die Nachfrage nach unabhängigen Testeinrichtungen. Im Fokus steht das elektrische Verhalten der Brennstoffzelle unter dynamischen Belastungszuständen, wie sie im täglichen Fahrzyklus auftreten können. Das ZSW, das Institut mit der europaweit umfangreichsten Brennstoffzellen- und Batterietestinfrastruktur, prüfte eine 100-kW-Brennstoffzelle im Dauerbetrieb und erreichte dabei eine wöchentliche Fahrleistung, die mehr als 5600 km entspricht. Der Dauerbetrieb der Brennstoffzelle im Teststand erfolgte in einem harmonisierten, dynamischen Prüfzyklus und lieferte darüber hinaus wichtige Informationen zum Wasserstoffverbrauch.

Die Wasserstoffinfrastruktur verbessert sich

Brennstoffzellenfahrzeuge sind auf dem Vormarsch. Dieses Jahr kommen Fahrzeuge aus Korea und Japan in Deutschland auf den Markt; als erstes im Mai ein Modell von Hyundai, im September zieht Toyota nach. Zugleich verbessert sich die Wasserstoffinfrastruktur. 2011 waren 215 Wasserstofftankstellen weltweit in Betrieb. Derzeit gibt es insgesamt 20 Stationen im Raum Hamburg, Berlin und Stuttgart, die bis Ende 2015 bundesweit auf 50 Zapfsäulen ausgebaut werden sollen.

Zehn Jahre Lebensdauer bei dynamischem Betrieb gefordert

Brennstoffzellen müssen für automobile Anwendungen wichtige Voraussetzungen erfüllen: Gefordert sind zehn Jahre Lebensdauer bei dynamischem Betrieb, ihre durch zertifizierte Tests nachgewiesene Sicherheit sowie die Effizienz im Sinne von möglichst geringem Wasserstoffverbrauch. Im Ulmer Brennstoffzellen-Testzentrum wurde aus diesem Grund ein Automotive-Brennstoffzellen-Stack mit 100 kW elektrischer Leistung bei kontinuierlichem Betrieb harmonisierten, dynamischen Lastzyklen im Teststand ausgesetzt, in der Fachsprache „Fuel Cell Dynamic Load Cycles (FC-DLC) genannt.

Tests simulieren den Einsatz auf der Straße

Diese Zyklen simulieren den Einsatz auf der Straße. Durchgeführt wurden täglich 73 dynamische Lastzyklen á 20 Minuten, dies entspricht 512 Lastzyklen pro Woche im Teststand. Da ein Zyklus einer gefahrenen Strecke von rund 11 km entspricht, wurden 803 km am Tag oder entsprechende 5621 km pro Woche störungsfrei zurückgelegt. Der Wasserstoffverbrauch unter Vollbelastung lag dabei bei 7,8 kg pro Stunde, was 1450 Normallitern pro Minute entspricht. Dieser Wert zeigt die Leistungsfähigkeit des ZSW Brennstoffzellen-Testzentrums.

Teststände bieten reproduzierbare Bedingungen

„Auf der Straße sind solche vergleichende Messungen nur schwer durchzuführen, weil das Ergebnis zu stark vom Fahrverhalten und den klimatischen Bedingungen abhängt, so Professor Dr. Werner Tillmetz, ZSW-Vorstand und Leiter des Geschäftsbereichs Elektrochemische Energietechnologien. „Auf unseren Testständen können sehr reproduzierbare Bedingungen über einen langen Zeitraum eingestellt und sehr große Mengen Wasserstoff zuverlässig bereitgestellt werden.“

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