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Innovative Module und Sub-Systeme für den wirtschaftlichen Betrieb von Brennstoffzellen

Innovative Nebenaggregate für den wirtschaftlichen Betrieb von Brennstoffzellensystemen  Die heute am Markt verfügbaren Brennstoffzellensysteme weisen großes Verbesserungspotenzial insbesondere bei den für ihre Funktion notwendigen Neben­aggregaten auf. Speziell sind hier die Teilsysteme zur Versorgung des zentralen Brennstoff­zellenstapels mit Wasserstoff und Luft zu nennen, sowie die Pumpen und Ventile zum Heizen bzw. Kühlen des Gesamtsystems. Diese Nebenaggregate werden im Brennstoffzellensystem häufig mit dem aus der Kraftwerkstechnik stammenden Begriff „Balance-of-Plant“ oder kurz BoP bezeichnet.  Brennstoffzellensysteme werden nach dem heutigen Stand der Technik durch einen Systemintegrator aus vielen einzelnen BoP Komponenten zusammengefügt, meist jedoch ohne die Funktion dieser BoP Komponenten als voneinander abhängig zu betrachten und sie dementsprechend optimal aufeinander abzustimmen. Als System­integrator agiert meist der Hersteller des Brennstoffzellenstapels. Entsprechend seines auf den Stapel bezogenen Wissens bezieht der Systemintegrator die Einzel­komponenten von Zulieferern und regelt diese entsprechend dem Bedarf des Stapels. Die Expertise für die Nebenaggregate selbst liegt aber nicht beim Systemintegrator, sondern isoliert bei den verschiedenen Zulieferern. Aus dieser Betrachtung wird erkennbar, dass heute noch ein sehr großes Optimierungspotenzial darin liegt, die Abstimmung von Brennstoffzellenstapel und Neben­ag­gregaten sowie den Nebenaggregaten untereinander zu verbessern und – in Analogie zum Verbrennungs­motor – dadurch Kosten zu sparen und die Robustheit zu erhöhen, dass Schnittstellen eingespart und weitere Funktionen in Baugruppen integriert werden.  Kurz gesagt hat der Verbrennungsmotor einen 100-jährigen Entwicklungs­vorsprung gegenüber der Brennstoffzelle, den es für die Brennstoffzelle nun gilt aufzuholen.  Rheinmetall kann mit der Tochterfirma Pierburg auf eine lange Historie in der Produktion von Nebenaggregaten für Verbrennungs­motoren zurückblicken und hat sich in dieser Zeit auch bereits mit der Integration verschiedener Funktionen und Komponenten in komplexe, multifunktionale Baugruppen bzw. Module hervorgetan. Als Beispiel sollen Saugrohre für Ver­brennungs­motoren dienen, die neben elektrischen Klappen zur Steuerung der Luftversorgung auch Sensoren enthalten. Pierburg lieferte diese komplexen Saugrohrmodule als vormontiertes und geprüftes Fertigteil an verschieden Automobil­hersteller in großer Stückzahl.  Rheinmetall arbeitet inzwischen seit mehr als 20 Jahren auch an BoP Produkten für Brennstoffzellenanwendungen. Damit gehört das Unternehmen zu den wenigen, die dieser Technologie schon eine sehr lange Zeit ununterbrochen verbunden sind. Diese Beständigkeit zahlt sich aus: heute ist Rheinmetall mit H2-Rezirkulationsgebläsen für die Wasserstoffseite, Kühlmittelpumpen für das Thermomanagement und Kathodenklappen für die Luftseite erfolgreich im Markt positioniert.  Im Rahmen dieses Förderprojektes sollen mithilfe der Projektpartner FEV und RWTH Aachen konkrete Ansätze zur Integration von einzelnen Bauteilen in mehrfunktionale Module identifiziert werden. In einem zweiten Schritt soll geprüft werden, ob sich mehrere solcher Module zu sogenannten Teil- oder Sub-Systemen kombinieren lassen, die dann in einer Einheit zusammengefasst beispielsweise die H2-Versorgung übernehmen, oder auch die Temperaturregelung des Brennstoffzellensystems sicherstellen können. Dadurch wird das Gesamtsystem kompakter, preiswerter und auch robuster, da Verbindungen zwischen einzelnen Bauteilen entfallen können und gegebenenfalls ein Gesamtgehäuse die bisher vorhandenen Gehäuse von Einzelkomponenten ersetzt. Im Idealfall kann die Schnittstelle zwischen den Modulen oder Sub-Systemen und dem Gesamtsystem für unterschiedliche Anwendungen und Kunden sogar vereinheitlicht werden, woraus sich eine weitere Stückzahlerhöhung und daraus wiederum Kostenvorteile ergeben würden.    
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