Antriebsstrang
Brennstoffzellensystem
H₂-Tanksystem
Elektr. Energiespeicher
Antriebsmotoren
Getriebe
Leistungselektronik
BZ-Systemkomponenten
Brennstoffzellenstack
Kathodensubsystem
Luftverdichter
Ladeluftkühler
Überdruckventil
Luftbefeuchter
Luftfilter
Wasserabscheider (Kathode)
Luftmassenmesser
Shut-Off Ventil
Anodensubsystem
Wasserstoffrezirkulationspumpe
Ejektordüse
Druckminderer
Purge / Drain Ventil
Druck- und Temperatur-Sensorik
Shut-Off Ventil (Anode)
Wasserabscheider (Anode)
Thermomanagementsystem
Kühlmittelpumpe
Kühler + Kühlergebläse
Ionentauscher
Zusatzheizer
Temperatur-Sensorik
Ausgleichsbehälter
BZ-Stack
Stackmodul
Einzelzelle
Endplatten
Stromabnehmerplatte
Isolierung
Medienanschlüsse
Spannsystem
Einzelzelle
Halbplatte Anode
Halbplatte Kathode
Subgasket
Polymerelektrolytmembran
Dichtung
Gasdiffusionslage
MEA
Bipolarplatte
Antriebsstrang eines Brennstoffzellen LKW
Der Antriebsstrang für FCEVs (Fuel Cell Electric Vehicles) ist vom grundlegenden Aufbau unabhängig von der Systemgröße und dem Anwendungsbereich, in dem das Fahrzeug zum Einsatz kommt. Lediglich einzelne Komponenten und die Anordnung dieser können sich in der Ausführungsart, Dimensionierung und dem Funktionsumfang unterscheiden.
Brennstoffzellensystem
Ein Brennstoffzellensystem dient der Wandlung von chemischer in elektrische Energie. Dies geschieht durch eine Brennstoffzelle, die Wasserstoff und Sauerstoff zu Wasser reagieren lässt, wobei elektrische Energie erzeugt wird. So kann beispielsweise ein Elektromotor einer Fahrzeuganwendung versorgt werden. Die Zu- und Abführung sowie Verteilung und Konditionierung der Reaktionsmedien und des Kühlmediums ist nur eine Aufgabe des Brennstoffzellensystems.
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H₂-Tanksystem
Das Wasserstofftanksystem erfüllt im wesentlichen folgende Aufgaben:
Wasserstoffspeicherung (350/700 bar)
Sicherheitsfunktionen (Drucküberwachung, Crashsicherheit)
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Elektr. Energiespeicher
Der elektrische Energiespeicher erfüllt im wesentlichen folgende Aufgaben:
Unterstützung der Antriebsleistung
Speicherung rekuperierter Energie
Versorgung Bordnetz
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Antriebsmotoren
Die Antriebsmotoren erfüllen im wesentlichen folgende Aufgaben:
Elektrische in mechanische Antriebsleistung wandeln
Motorischer und generatorischer Betrieb
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Getriebesystem
Das Getriebe erfüllen im wesentlichen folgende Aufgaben:
Drehzahl- und Drehmomentwandlung
Parksperre
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Leistungselektronik
Die Leistungselektronik erfüllt im wesentlichen folgende Aufgaben:
Spannungswandlung und Leistungsverteilung
Steuerung und Vernetzung der Energiesysteme
Umsetzung Betriebsstrategien
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BZ-System
Ein Brennstoffzellensystem dient der Wandlung von chemischer in elektrische Energie. Dies geschieht durch eine Brennstoffzelle, die Wasserstoff und Sauerstoff zu Wasser reagieren lässt, wobei elektrische Energie erzeugt wird. So kann beispielsweise ein Elektromotor einer Fahrzeuganwendung versorgt werden. Die Zu- und Abführung sowie Verteilung und Konditionierung der Reaktionsmedien und des Kühlmediums ist nur eine Aufgabe des Brennstoffzellensystems.
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Legende:
Wasserstoff
Luft / Sauerstoff
Kühlmedium
Brennstoffzellenstack
Ein Brennstoffzellenstack erfüllt im wesentlichen folgende Aufgaben:
- Wandlung von chemischer in elektrische Energie
- Zu- und Abführung sowie Verteilung der Reaktionsmedien innerhalb des FC-Stacks
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Kathodensubsystem
Das Kathodensubsystem versorgt den Brennstoffzellenstack mit gefilterter, verdichteter und konditionierter Umgebungsluft und verwertet die in der Abluft enthaltenen Feuchte und Restenergie.
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Factsheet Kathodensubsystem (derzeit in Arbeit)
Legende:
Luft / Sauerstoff
Luftverdichter
Der Luftverdichter dient der Bereitstellung des systemabhängigen erforderlichen Vordrucks der sauerstoffhaltigen Luft.
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Ladeluftkühler
Der Ladeluftkühler erfüllt im wesentlichen die Aufgabe die verdichtete Zuluft zu kühlen.
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Überdruckventil
Das Überdruckventil erfüllt im wesentlichen folgende Aufgaben:
Absicherung gegen Druckspitzen im Kathodenkreislauf
Öffnet bei definierten Überdruck und verhindert so Schädigung im Stack
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Luftbefeuchter
Der Luftbefeuchter erfüllt im wesentlichen die Aufgabe die Zuluft mit Abluftfeuchte zu befeuchten.
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Luftfilter
Der Luftfilter dient der Abscheidung von Partikeln und Schadgasen aus der Umgebungsluft.
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Wasserabscheider
Der Wasserabscheider dient der Abscheidung von kondensierten Produktwasser am Kathodenauslass sowie der Speicherung und Abführung des ausgetragenen Wassers.
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Luftmassenmesser
Der Luftmassenmesser dient der Überwachung der geförderten Zuluft.
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Shut-Off-Ventil
Das Shut-Off Ventil dient der Unterbrechung der Reaktionsmedienzufuhr um den Herunterfahrprozess zu ermöglichen.
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Anodensubsystem
Das Anodensubsystem reguliert die Wasserstoffzufuhr aus dem Wasserstofftank und setzt die Rezirkulation von unverbrauchten Wasserstoffs um.
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Factsheet Kathodensubsystem (derzeit in Arbeit)
Legende:
Wasserstoff
H₂-Rezirkulationspumpe
Das Wasserstoffrezirkulationsgebläse erfüllt im wesentlichen folgende Aufgaben:
Aktive Rezirkulation von unverbrauchten Wasserstoff
Druckdifferenzen ausgleichen
Durchfluss gewährleisten
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Ejektordüse
Die Ejektordüse erfüllt im wesentlichen folgende Aufgaben:
Passive Rezirkulation von unverbrauchten Wasserstoff
Druckdifferenzen ausgleichen
Durchfluss gewährleisten
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Druckminderer
Der Druckminderer erfüllt im wesentlichen die Aufgabe:
Bereitstellung von Frischwasserstoff in geforderter Menge mit geforderten Systemdruck
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Purge/Drain Ventil
Das Purge/Drain Ventil erfüllt im wesentlichen die Aufgabe ungewünschte Gase und Produktwasser aus dem System abführen.
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Druck- und Temperatur-Sensorik
Die Druck- und Temperatur-Sensorik dient der Druck- und Temperaturerfassung. Je nach Systemdruck sind meist mehrere Sensoren integriert.
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Shut-Off Ventil (Anode)
Das Shut-Off Ventil dient der Unterbrechung der Reaktionsmedienzufuhr um den Herunterfahrprozess zu ermöglichen.
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Wasserabscheider (Anode)
Der Wasserabscheider dient der Abscheidung von kondensierten Produktwasser am Anodenauslass sowie der Speicherung und Abführung des ausgetragenen Wassers.
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Thermomanagementsystem
Das Thermomanagementsystem dient der Abfuhr der im Brennstoffzellenstack anfallenden Wärmeleistung sowie der Kühlung der verdichteten Zuluft, des Verdichters und der elektrischen Komponenten.
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Factsheet Thermomanagementsystem (derzeit in Arbeit)
Legende:
Kühlmedium
Kühlmittelpumpe
Die Kühlmittelpumpe erfüllt im wesentlichen folgende Aufgabe:
Fördern des Kühlmediums im Thermomanagementsystem
Notwendigen Vordruck erzeugen
Durchfluss gewährleisten
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Kühler + Kühlergebläse
Der Kühler mit dem Kühlergebläse erfüllt im wesentlichen die Aufgabe die Brennstoffzellenwärmeleistung an die Umgebung abzuführen.
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Ionentauscher
Der Ionentauscher erfüllt im wesentlichen die Aufgabe die Leitfähigkeit des Kühlmediums zu begrenzen.
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Zusatzheizer
Der Zusatzheizer ermöglicht das schnelle Hochheizens des Systems bei Kaltstart.
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Temperatur-Sensorik
Die Temperatur-Sensorik dient der Temperaturerfassung. Je nach Systemdruck sind meist mehrere Sensoren integriert.
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Ausgleichsbehälter
Der Ausgleichsbehälter dient als Überwachungs- und Wartungseinrichtung des Kühlmediumfüllstandes im Thermomanagementsystem.
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BZ-Stack
Ein Brennstoffzellenstack erfüllt im wesentlichen folgende Aufgaben:
Wandlung von chemischer in elektrische Energie
Zu- und Abführung sowie Verteilung der Reaktionsmedien innerhalb des FC-Stacks
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Stackmodul
Ein Stackmodul wird durch Reihenschaltung einzelner Zellen gebildet.
Einzelzelle
Die Einzelzelle bildet den Bereich der Redoxreaktion der Eduktgase Wasserstoff und Sauerstoff. Durch eine Reihenschaltung einzelner Zellen wird ein Stack gebildet.
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Legende:
Wasserstoff
Luft / Sauerstoff
Kühlmedium
Endplatten
Die Endplatten dienen der homogenen Kraftverteilung auf die verspannten Stackkomponenten sowie der Kraftaufnahme vom Verspannsystem.
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Stromabnehmerplatte
Die Stromabnehmerplatte dient der vollflächigen Kontaktierung zur obersten und untersten Bipolarplatte und bildet den elektrischer Anschluss.
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Isolierung
Die Isolierung dient der elektrische Isolierung zu den Endplatten, der Druckverteilung und beinhaltet eine Schnittstellenfunktion.
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Medienanschlüsse
Die Medienanschlüsse dienen als Schnittstellen für weitere Anschlusskomponenten (bspw. Verrohrung). Eine Anforderung ist die Dichtheit für jeweilige Medien.
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Spannsystem
Das Verspannsystem ist im wesentlichen verantwortlich für:
Flächig gleichmäßige Vorspannkraftübertragung
z.B.: durch Zuganker oder Spannbänder zur Erzeugung der Vorspannkräfte
Reduzierung von Kontaktwiderständen und Dichtungsverpressung
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Einzelzelle
Die Einzelzelle bildet den Bereich der Redoxreaktion der Eduktgase Wasserstoff und Sauerstoff. Durch eine Reihenschaltung einzelner Zellen wird ein Stack gebildet.
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Halbplatte Anode
Legende:
Wasserstoff
Luft / Sauerstoff
Kühlmedium
Halbplatte Kathode
Legende:
Wasserstoff
Luft / Sauerstoff
Kühlmedium
Kühlmittel
Legende:
Wasserstoff
Luft / Sauerstoff
Kühlmedium
Subgasket
Der Subgasket hat folgende Aufgaben:
Elektrische Isolation der Reaktionsseite
Mechanische Stabilisierung der Polymerelektrolytmembran
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Polymerelektrolytmembran
Diese Komponente ist im wesentlichen verantwortlich für:
Protonen leiten
Barriere für Elektronen
Separierung der Reaktionsseiten
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Dichtung
Diese Komponente ist im wesentlichen verantwortlich für:
Dichtheit der Medien untereinander und zur Umgebung gewährleisten
Elektrische Isolation
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Gasdiffusionslage
Diese Komponente ist im wesentlichen verantwortlich für:
Elektrische Kontaktierung zwischen Membran und Bipolarplatte
Reaktanden verteilen (Zu- und Abführung)
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MEA
Bipolarplatte
Diese Komponenten sind im wesentlichen verantwortlich für:
Medien verteilen
Elektronen leiten
Mechanische Stabilisierung der Einzelzelle
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