Hochmoderner Brennstoffzellen-Prüfstand für die Serienentwicklung

Hohe Leistung und Dynamik – ausgelegt für die Entwicklung von Brennstoffzellen- Systemen, Brennstoffzellen-Stapeln und Peripherie-Komponenten

Mit dem neuen Prüfstand im Entwicklungszentrum Gifhorn verstärkt IAV die Leistungsfähigkeit für die Entwicklung von Brennstoffzellen-Fahrzeugen. Der Prüfstand ist für mobile Anwendungen von wasserstoffbetriebenen PEM-Brennstoffzellen ausgelegt und erlaubt den Entwicklern, ihre Untersuchungen unter fahrzeugnahen und dynamischen Betriebsbedingungen durchzuführen. Der Prüfstand eignet sich für die Serienentwicklung, kommt aber auch für Fragestellungen aus der Vorentwicklung und der Forschung zum Einsatz.

Brennstoffzellen-Fahrzeuge sind eine besonders komfortable und leistungsfähige Form des E-Antriebs. „Sie lassen sich in nur wenigen Minuten nachtanken, bieten hohe Reichweiten und sind auch bei niedrigen Temperaturen betriebsbereit“, sagt Ralf Wascheck, Abteilungsleiter Fuel Cell Systems bei IAV. „Hinzu kommt die enge Verzahnung mit den erneuerbaren Energien: Wasserstoff wird das zentrale Speichermedium für Strom aus Erneuerbaren sein und darum in großen Mengen zur Verfügung stehen.“

Die Automobilhersteller treiben das Thema „Brennstoffzelle“ inzwischen stark voran, was sich bei IAV in einem rasanten Wachstum in den entsprechenden Entwicklungsdienstleistungen und Testumfängen niederschlägt. Mit Brennstoffzellen-Fahrzeugen können die OEMs die CO2-Emissionen ihrer Fahrzeugflotten reduzieren, ohne dass die Kunden beim Komfort Abstriche machen müssen. „Ich bin deshalb davon überzeugt, dass sich der Brennstoffzellenantrieb durchsetzen wird“, so Wascheck.

Variable Einsatzmöglichkeiten

Am IAV-Standort Gifhorn steht jetzt ein moderner Prüfstand für PEM-Brennstoffzellenstapel und -systeme. Weiterhin lassen sich an diesem Prüfstand Peripheriekomponenten des Brennstoffzellen-Systems wie zum Beispiel Befeuchter, Verdichter oder Rezirkulationsgebläse untersuchen. Der Prüfstand ist ausgelegt für elektrische Leistungen von maximal 180 Kilowatt (Stapel) bzw. 150 Kilowatt (Systeme).

Die dem Prüfling zugeführten Medien lassen sich in weiten Betriebsbereichen konditionieren, um beispielsweise den Einfluss von Druck, Temperatur und Feuchte auf die Performance zu untersuchen. Auch die Wasserstoffkonzentration ist variabel, sodass sich die Anreicherung von Stickstoff in der Brennstoffzelle im Fahrzeug nachbilden lässt. Für die Analyse von Stapelcharakteristika wie etwa der internen Widerstände kommen ein hochdynamisches Einzelspannungs-Messsystem und ein Impedanz-Messsystem zum Einsatz.

Unterschiedliche Testzyklen

Der neue Brennstoffzellen-Prüfstand ermöglicht Dauerläufe (etwa für Degradationsuntersuchungen), Funktionstests sowie die Charakterisierung und Auslegung des Brennstoffzellen-Systems (Betriebsarten und -führung). Er ist für den 24/7-Betrieb ausgelegt und in die hocheffiziente Prüfumgebung von IAV eingebunden. „Mit dem neuen Brennstoffzellen-Prüfstand können wir fahrzeugnahe Zyklen simulieren“, berichtet Ralf Wascheck. „Dabei ist es auch möglich, den Prüfstand an herstellerspezifische Zyklen anzupassen.“

Der Brennstoffzellen-Prüfstand ist an die Gesamtfahrzeugsimulation von IAV angebunden, sodass sich verschiedene Betriebsstrategien und deren Einfluss auf Kennwerte wie Wasserstoffverbrauch und Reichweite untersuchen lassen.

Kompetenz für Brennstoffzellen- Fahrzeuge und -Komponenten

Erste Kundenprojekte sind bereits in Bearbeitung und die Nachfrage zeigt, dass IAV-Kunden großes Interesse an dem neuen Prüfstand haben. „Brennstoffzellen-Antriebe sind ein wichtiges Kernthema für IAV“, fasst Wascheck zusammen. „Wir haben eine breit gefächerte Brennstoffzellen-Expertise bei IAV und schon früh Kompetenzen aufgebaut, um komplette Brennstoffzellen-Fahrzeuge bzw. -Komponenten zu entwickeln. Der neue Brennstoffzellen-Prüfstand für Hochleistungs- und dynamische Aufgaben rundet unser Leistungsportfolio ab.“

Technische Daten

  • Maximale Leistung Brennstoffzellen-System: 150 kW
  • Maximale Leistung Brennstoffzellen-Stapel: 180 kW
  • Maximale Spannung: 1.000 V
  • Maximaler Strom: 1.000 A
  • Maximale Kühlleistung: 250 kW
  • Maximaler Luftvolumenstrom: 10.000 nlpm
  • Maximaler Wasserstoffvolumenstrom: 4.100 nlpm
  • Regelgenauigkeit der zugeführten Medien: ≤ 1 % FSR
  • Taupunkt der zugeführten Medien: bis 80 °C