Elektroautos liegen im Trend. Können Brennstoffzellen-Elektroautos mit Wasserstoff die bessere Alternative sein und wie funktionieren diese eigentlich? Wir haben uns die Technik einmal näher angesehen.
Das Titelbild zeigt den Hyundai NEXO, ein Wasserstoff-Auto mit Brennstoffzellen-Technologie.
Wie funktionieren Brennstoffzellen-Elektroautos mit Wasserstoff?
Wie reine Elektrofahrzeuge nutzen auch Brennstoffzellen-Elektrofahrzeuge (FCEVs) Strom, um einen Elektromotor anzutreiben. Im Gegensatz zu anderen Elektrofahrzeugen erzeugen FCEVs den Strom mit Hilfe einer Brennstoffzelle, die mit Wasserstoff betrieben wird, anstatt ihn nur aus einer Batterie zu beziehen. Bei der Konstruktion des Fahrzeugs legt der Fahrzeughersteller die Leistung des Fahrzeugs durch die Größe des Elektromotors/der Elektromotoren fest, der/die von der entsprechend dimensionierten Kombination aus Brennstoffzelle und Batterie mit Strom versorgt wird/werden.
Obwohl die Autohersteller ein FCEV mit Plug-in-Fähigkeit zum Aufladen der Batterie entwickeln könnten, nutzen die meisten FCEVs heute die Batterie zur Rückgewinnung von Bremsenergie, zur Bereitstellung zusätzlicher Leistung bei kurzen Beschleunigungsvorgängen und zur Glättung der von der Brennstoffzelle gelieferten Leistung mit der Option, die Brennstoffzelle bei geringem Energiebedarf im Leerlauf zu betreiben oder abzuschalten. Die Menge der gespeicherten Energie an Bord wird durch die Größe des Wasserstofftanks bestimmt. Das ist anders als bei einem reinen Elektrofahrzeug, bei dem die verfügbare Leistung und Energiemenge eng mit der Größe der Batterie zusammenhängen. Erfahre mehr über Brennstoffzellen-Elektrofahrzeuge.
Die Komponenten
Batterie (Zusatzbatterie): In einem Fahrzeug mit Elektroantrieb liefert die Niederspannungs-Zusatzbatterie Strom zum Starten des Fahrzeugs, bevor die Antriebsbatterie zugeschaltet wird; außerdem versorgt sie das Fahrzeugzubehör.
Batteriepaket: Diese Hochspannungsbatterie speichert die beim regenerativen Bremsen erzeugte Energie und versorgt den elektrischen Fahrmotor mit zusätzlicher Energie.
DC/DC-Wandler: Dieses Gerät wandelt den Gleichstrom mit höherer Spannung aus der Traktionsbatterie in Gleichstrom mit niedrigerer Spannung um, der für den Betrieb von Fahrzeugzubehör und das Aufladen der Zusatzbatterie benötigt wird.
Elektrischer Traktionsmotor (FCEV): Mit dem Strom aus der Brennstoffzelle und der Antriebsbatterie treibt dieser Motor die Räder des Fahrzeugs an. Einige Fahrzeuge verwenden Motorgeneratoren, die sowohl die Antriebs- als auch die Regenerationsfunktion übernehmen.
Brennstoffzellenstapel: Eine Anordnung von einzelnen Membranelektroden, die Wasserstoff und Sauerstoff zur Stromerzeugung nutzen.
Kraftstoffeinfüllstutzen: Eine Zapfpistole aus einer Zapfsäule, die an den Behälter des Fahrzeugs angeschlossen wird, um den Tank zu füllen.
Kraftstofftank (Wasserstoff): Speichert das Wasserstoffgas an Bord des Fahrzeugs, bis es von der Brennstoffzelle benötigt wird.
Leistungselektronik-Controller (FCEV): Diese Einheit steuert den Fluss der elektrischen Energie, die von der Brennstoffzelle und der Antriebsbatterie geliefert wird, und regelt die Geschwindigkeit des elektrischen Fahrmotors und das von ihm erzeugte Drehmoment.
Thermisches System (Kühlung) – (FCEV): Dieses System hält die Betriebstemperatur der Brennstoffzelle, des Elektromotors, der Leistungselektronik und anderer Komponenten in einem angemessenen Bereich.
Getriebe (elektrisch): Das Getriebe überträgt die mechanische Leistung des elektrischen Fahrmotors, um die Räder anzutreiben.
Kurz gesagt
Brennstoffzellenfahrzeuge nutzen Wasserstoffgas, um einen Elektromotor anzutreiben. Im Gegensatz zu herkömmlichen Fahrzeugen, die mit Benzin oder Diesel betrieben werden, kombinieren Brennstoffzellenautos und -lastwagen Wasserstoff und Sauerstoff, um Strom zu erzeugen, der einen Motor antreibt. Da sie ausschließlich mit Strom angetrieben werden, gelten Brennstoffzellenfahrzeuge als Elektrofahrzeuge (“EVs”) – aber im Gegensatz zu anderen EVs sind ihre Reichweite und das Betanken mit konventionellen Autos und LKWs vergleichbar.
Bei der Umwandlung von Wasserstoffgas in Strom entstehen nur Wasser und Wärme als Nebenprodukte, so dass Brennstoffzellenfahrzeuge beim Fahren keine Abgase verursachen. Aber selbst wenn der Kraftstoff aus einer der schmutzigsten Wasserstoffquellen, nämlich Erdgas, gewonnen wird, können die ersten Brennstoffzellenautos und -lastwagen die Emissionen im Vergleich zu ihren benzinbetriebenen Pendants um über 30 Prozent senken. Zukünftige Standards für erneuerbare Kraftstoffe könnten Wasserstoff noch sauberer machen.
Vergleich Hybrid-Fahrzeug
Konventionelle Hybride haben ebenfalls konventionelle Motoren und einen Elektromotor und eine Batterie, können aber nicht an die Steckdose angeschlossen werden. Obwohl sie sauberer sind als herkömmliche Pkw und Lkw, beziehen sie ihren Strom ausschließlich aus Benzin und Diesel und gelten nicht als Elektrofahrzeuge. Erfahre mehr darüber, wie Hybride funktionieren.
