ZSW 100-Kilowatt-Brennstoffzelle für Autos im Dauertest

Brennstoffzellen müssen für automobile Anwendungen zahlreiche Voraussetzungen erfüllen. Dem Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg (ZSW) ist jetzt in Belastungstest der besonderen Art gelungen.

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. Ein Belastungstest der besonderen Art ist jetzt dem Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg (ZSW) gelungen: Das Institut demonstrierte durch Dauerbetrieb einer 100-Kilowatt-Brennstoffzelle eine wöchentliche Fahrleistung von mehr als 5.600 Kilometer. Der Dauerbetrieb der Brennstoffzelle im Teststand erfolgte in einem harmonisierten, dynamischen Prüfzyklus und lieferte darüber hinaus wichtige Informationen zum Wasserstoffverbrauch.

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.

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 Kilowatt elektrischer Leistung bei kontinuierlichem Betrieb harmonisierten, dynamischen Lastzyklen im Teststand ausgesetzt, in der Fachsprache „Fuel Cell Dynamic Load Cycles (FC-DLC) genannt.

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 Kilometern (km) entspricht, wurden 803 km am Tag oder entsprechende 5.621 km pro Woche störungsfrei zurückgelegt. Der Wasserstoffverbrauch unter Vollbelastung lag dabei bei 7,8 Kilo-gramm pro Stunde, was 1.450 Normallitern pro Minute entspricht. Dieser Wert zeigt die Leistungsfähigkeit des ZSW Brennstoffzellen-Testzentrums.

„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.“