Batterien verbilligen Brennstoffzellen-Autos


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Bernd

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#1
Batterien verbilligen Brennstoffzellen-Autos
Von Kevin Bullis

(heise technology review)

Die Zukunft Brennstoffzellen-betriebener Fahrzeuge ist längst angekommen –allerdings in eher ungewöhnlichen Einsatzgebieten. Verschiedene Hersteller arbeiten derzeit an Lagerhaus-tauglichen Gabelstaplern, die mit einer Kombination aus Wasserstoff-Brennstoffzellen und Batterien betrieben werden. Das Ergebnis nach ersten Tests: Diese Hybrid-Plattform ist deutlich praktischer, als die aktuell eingesetzten reinen Bleibatterie-Antriebe. Mit etwas Glück machen sich die neuen Stapler bereits nach zwei bis drei Jahren bezahlt, weil sie effizienter sind.

Die Anwendung der Technologie zeigt, dass die Hybrid-Strategie sich eignen könnte, Brennstoffzellen endlich wirtschaftlich in die verschiedensten Fahrzeugtypen einzubauen. Forscher überlegen bereits seit Jahren, wie sie Wasserstoff-Brennstoffzellen dazu verwenden könnten, schadstoffarme Elektrofahrzeuge zu bauen und damit die Abhängigkeit vom Öl zu reduzieren. Das Problem: Brennstoffzellen, die groß genug sind, um ein Auto anzutreiben, sind enorm teuer - und genau deshalb werden sie noch kaum verwendet. Nutzt man jedoch Batterien, um besonders energieaufwendige Phasen der Fahrt zu übernehmen (etwa die Beschleunigung), könnten Brennstoffzellen verbaut werden, die bis zu vier Mal kleiner sind. Das würde die Herstellungskosten senken und Brennstoffzellen-basierte Fahrzeuge womöglich endlich auf den Massenmarkt bringen.

Die Gabelstapler-Hybriden nutzen so genannte Ultrakondensatoren. Diese Komponenten ähneln Batterien, können aber mit einem Schlag höhere Energiemengen liefern. Die Brennstoffzelle treibt den Stapler an, während er sich durch das Lagerhaus bewegt; gleichzeitig werden die Ultrakondensatoren aufgeladen. Muss der Stapler dann eine Palette heben, kommt die Spitzenlastenergie aus den Ultrakondensatoren zum Einsatz.

"Wenn Sie das mit einer Brennstoffzelle machen wollten, müsste die ungefähr vier Mal so groß sein und das wäre definitiv zu platzintensiv", meint Michael Sund, Sprecher von Maxwell Technologies, einem Hersteller von Ultrakondensatoren. "Der Stapler wäre im Vergleich zur Zelle winzig. Kann man die Brennstoffzelle klein halten, wird das ganze Fahrzeug kleiner, leichter und billiger."

Der neue Gabelstapler-Hybrid könnte auch die Hersteller gewöhnlicher Autos und Geländewagen interessieren. Diese haben einen ähnlichen Spitzenenergiebedarf. Im normalen Fahrbetrieb nutzen sie gerade einmal ein Viertel der Maximalkraft des Motors. Diese wird nur für die Beschleunigung und beim Befahren bergiger Bereiche benötigt, sagt Brian Wicke, der bei General Motors an Brennstoffzellensystemen arbeitet.

Batterien und Ultrakondensatoren könnten mindestens einen Teil dieser Beschleunigungsenergie liefern, was die Brennstoffzelle verkleinern würde. Im vergangenen Jahr zeigte GM ein Konzeptfahrzeug mit einem Hybrid-System. Serienreif soll es allerdings erst Ende des Jahrzehnts sein. Andere große Fahrzeughersteller arbeiten ebenfalls an der Hybrid-Technologie.

Neben der Versorgung mit Spitzenlastenergie könnten es Batterien und Ultrakondensatoren Brennstoffzellen-Fahrzeugen zudem ermöglichen, Bremsenergie zurückzugewinnen, wie man dies bereits von kommerziellen Benzin-Hybriden kennt. Das macht das System noch effizienter - besonders im Stadtverkehr. Ein Fahrzeug nur mit Brennstoffzellen könnte das nicht.

"Man kann einer Brennstoffzelle keine Zusatzenergie zuführen, dafür braucht man eine Batterie", meint Brian Barnett von der US-Firma Tiax, die den Brennstoffzellensektor für das US-Energieministerium analysiert hat. Es mache aber keinen Sinn, die Bremsenergie verpuffen zu lassen.

Wie viele Batterien benötigt werden, um Brennstoffzellen-Autos preiswerter zu machen, hängt ganz vom Hersteller ab – er muss die verschiedenen Stärken und Schwächen der Technologien ausbalancieren. Batterien und Ultrakondensatoren können ein Fahrzeug zwar preisgünstiger mit Energie versorgen, verlieren ihre Kapazität aber schnell. Der Vorteil von Brennstoffzellen ist es, dass sie so lange laufen, bis der Wasserstoff ausgegangen ist; der Tankvorgang ist zudem schneller als der Ladevorgang von Batterien.

In Zukunft dürfte die Mischung aus Batterien und Brennstoffzellen für die verschiedensten Fahrzeuge optimiert werden, meint GM-Mann Wicke: "Es gibt einen breiten Möglichkeitenmix - vom Brennstoffzellen-Fahrzeug mit Batterie-Ergänzung über ein Batterie-Fahrzeug mit Brennstoffzellen-Ergänzung. Jede Mischung zwischen beidem Extremen ist möglich." GM arbeitet derzeit vor allem an ersterem Ansatz und setzt eine Batterie ein, um die Leistung einer noch recht großen Brennstoffzelle zu ergänzen. Gleichzeitig wird Bremsenergie an die Batterie zurückgeführt.

Bevor solche Hybrid-Brennstoffzellen-Fahrzeuge kostengünstig auf die Straße kommen, müssen aber noch andere Hürden genommen werden. Brennstoffzellen laufen nur so lange, wie Wasserstoff im Tank ist - und das bedeutet, dass wir bessere Mittel und Wege finden müssen, Wasserstoff im Fahrzeug zu speichern und über Tankstellen zu verteilen. Einer der Gründe, warum die Gabelstapler-Anwendung so brillant ist: Die Fahrzeuge sind nie besonders weit von ihrer Wasserstoff-Tankstation entfernt.

Übersetzung: Ben Schwan.
 

Ralf Wagner

Administrator
15.03.2007
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www.elweb.info
#2
Dass man Brennstoffzellen puffern muss haben die Hersteller schon länger erkannt. Erst wurde mit Akkus gepuffert, jetzt sind die Kondensatoren schon so hochkapazitiv, alle Achtung. Da werden doch hoffentlich bal ein paar Komponenten für uns abfallen.

Grüße
Ralf
 

Ralf Wagner

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#3
Eine Parallelschaltung von NC und PB kann meiner Meinung nach nicht funktionieren da unterschiedliche Innenwiderstände und Ladeendspannung. Man könnte die Akkus über Dioden im Fahrbetrieb entkoppeln und über getrennte Lader laden. Die Akkus mit niedrigerem Innenwiderstand wären jeweils schneller leer, falls entkoppelt.

Grüße
Ralf
 
19.01.2004
179
9
Krefeld
#4
Ralf, in diesem Falle denke ich schon, dass man eine genau passende Zahl Nicadeinzelzellen über eine Diode einfach parallelschalten kann, ohne weiteren Schutz. Klar, geladen muss völlig getrennt werden, sprich, es darf das gleiche Ladegerät sein, dann aber mit getrennter Nachregelung, wie es die Ultracaps auch erfordern. Beim Laden muss die Diode dann entfernt werden, da die Spannung der Nicads dann gewaltig höher ansteigt, als die der Bleibatts. Wehe, jemand nimmt meine Worte allzu wörtlich!!
Anmerkung: Auch Ultracaps kann man parallel und in Serie zu Batterien schalten. Auch, wenn ich es nicht erwähne, nur mit einem ganz gewaltigen Aufwand, den ich als bekannt voraussetze. Parallelschaltung hat dann überhaupt nichts damit zu tun, dass man plus mit plus und minus mit minus über einen einfachen Draht verbindet. Das gäbe ein Unglück, das weiß hoffentlich jeder. Obwohl ich es schon gemacht habe, wenn ich mir der Sache ganz sicher war.

Solche allgemein gehaltenen Aussagen, die ich hier treffe, sind keinesfalls eine Bauanleitung. Da gehört mehr zu.
Man spricht auch zum Beispiel beim Hybridauto von Parallelantrieb von Verbrennungs- und Elektromotor. Trotzdem sitzen diese nicht auf einer Welle und zum sogenannten Parallelbetrieb einer Solaranlage und dem Stromnetz gehört auch eine ganze Menge Mimik. Auch Parallelen im engeren mathematischen Sinne hängen nicht unmittelbar zusammen.
 

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