Das Wasserstoffsubsystem und sein Einfluss auf die Kenngrößen des Brennstoffzellenantriebes

Im Rahmen dieser Arbeit wird untersucht in welchem Umfang das Wasserstoffsubsystem die Kenngrößen eines Brennstoffzellenantriebes beeinflusst. Im Vordergrund stehen dabei vor allem Sicherheit, Emissionen, Wirkungsgrad und Lebensdauer. Zu Beginn werden Grundlagen zur Wasserstoffsicherheit und zu den Degradationsmechanismen von Brennstoffzellen erarbeitet. Es folgt die Beschreibung der notwendigen Entwicklung eines ultraschallbasierten Messverfahrens zur nicht-invasiven online Gasanalyse. Ausgehend von den Erfahrungen mit dem Brennstoffzellenaggregat des Volkswagen HyMotion2 wird ein vollständig neuer Konzeptansatz entwickelt und experimentell untersucht. Durch den Einsatz einer aktiven Rezirkulation wird die Komplexität verringert und eine Reihe neuer Betriebsstrategien lassen sich realisieren. Das Auftreten von degradationsfördernden Zuständen kann damit deutlich vermindert werden. Der Betrieb mit 30 % Stickstoff in der Wasserstoffrezirkulation ermöglicht eine wesentliche Verringerung der Wasserstoffverluste und damit eine Steigerung des Aggregatewirkungsgrades im Neuen Europäischen Fahrzyklus auf ca. 48 %. Dabei wird mit dem HyMotion3-Antriebsstrang ein Zykluswirkungsgrad von etwa 33 % erreicht (vom Tank zum Rad). Wasserstoffemissionen können zudem durch eine katalytische Umsetzung an der Kathode nahezu vollständig vermieden werden, die maximal auftretenden Abgaskonzentrationen betragen weniger als 0,2 %.