Obwohl die Brennstoffzelle immer noch hauptsächlich in Nutzfahrzeugen zum Einsatz kommt, sind Pkw nur Produkte von Toyota, Honda und Hyundai. Da sich der Artikel jedoch auf Pkw konzentriert und andere Vergleichsmodelle ebenfalls Pkw sind, ist hier der Toyota Mirai als Beispiel.
Das Wärmemanagementsystem der Brennstoffzelle zeichnet sich durch die folgenden drei Hauptpunkte aus:
Anforderungen an die Wärmeableitung von Brennstoffzellenreaktoren
Der Reaktor ist der Ort der Wasserstoff-Sauerstoff-Reaktion und erzeugt Wärme bei gleichzeitiger Stromerzeugung.Der Temperaturanstieg trägt dazu bei, die Entladeleistung des Reaktors zu erhöhen, aber die Wärme kann nicht gesammelt werden, sodass das Reaktionsproduktwasser und das Reaktorkühlmittel zusammenfließen müssen, um die Wärme abzuleiten.
Durch die Aufrechterhaltung der Temperatur des Reaktors kann die Ausgangsleistung effektiv gesteuert werden, um den dynamischen Anforderungen des Fahrers an das Antriebssystem gerecht zu werden.Die von der Leistungselektronik des Reaktors und des Motorwechselrichters erzeugte Wärme kann im Winter als Teil der Wärme für die Cockpitheizung genutzt werden.
Das Problem des Kaltstarts des Reaktors
Der Brennstoffzellenreaktor kann bei niedriger Temperatur keinen Strom direkt liefern, daher muss er durch externe Wärme aufgewärmt werden, bevor er in den normalen Betriebsmodus übergehen kann.
An diesem Punkt muss der oben erwähnte Wärmeableitungskreislauf in einen Heizkreislauf umgewandelt werden, und die Umschaltung hier erfordert möglicherweise ein Kreislaufregelventil ähnlich einem Dreiwege-Zweiwegeventil.
Die Beheizung kann extern erfolgenelektrische PTC-Heizung, elektrische Heizleistung aus der Batterie bereitzustellen.Es scheint, dass es auch Technologien gibt, die es dem Reaktor ermöglichen, seine eigene Wärme zu erzeugen, sodass die durch die Reaktion erzeugte Energie eher in Form von Wärme an den Reaktorkörper zum Aufwärmen abgegeben wird.
Booster-Kühlung
Dieser Teil ähnelt ein wenig der zuvor erwähnten Hybridautoparty. Um den Leistungsbedarf des Reaktors zu decken, ist auch die Menge an Reaktantensauerstoff erforderlich, sodass der Lufteinlass unter Druck gesetzt werden muss, um die Dichte zu erhöhen und dadurch zuzunehmen der Massenstrom von Sauerstoff.Aus diesem Grund bringt die Post-Boost-Kühlung mit sich, die im gleichen Kühlkreislauf in Reihe geschaltet werden kann, da der Temperaturbereich relativ nah an den anderen Komponenten liegt.
Reine Elektrofahrzeuge
Abschließend lässt sich sagen, dass reine Elektrofahrzeuge heute die beliebtesten Anbieter auf dem Markt sind.Bei allen großen Automobilherstellern und Zulieferern wird im Bereich des Wärmemanagements von Elektrofahrzeugen geforscht und entwickelt.Im Folgenden sind drei Hauptpunkte aufgeführt, in denen es sich von anderen Fahrzeugtypen unterscheidet:
Bedenken hinsichtlich der Winterreichweite
Der größte Teil der Reichweite geht auf die Energiedichte der Batterie, den Stromverbrauch des Fahrzeugs und den Windwiderstand zurück, die keine Aspekte des Wärmemanagements sind, im Winter jedoch nicht so sehr.
Um dem Komfort im Cockpit und dem Kaltstart der Hochvoltbatterie gerecht zu werden, wird viel elektrische Energie durch das Thermomanagementsystem verbraucht und eine deutliche Reduzierung der Winterreichweite ist bereits die Norm.
Der Hauptgrund liegt darin, dass die Wärmeerzeugung des reinen Elektrofahrzeug-Antriebssystems weitaus empfindlicher ist als der Motor, die Batterie und die Temperatur.
Derzeit gängige Lösungen wie Wärmepumpensysteme, die Antriebswärme und Umweltwärme über den Kompressorkreislauf für Kabine und Batterie bereitstellen, sind auch beim Weimar EX5 im EinsatzDieselheizungen, die Nutzung eines Teils der Dieselverbrennungswärme zur Vorheizung der Batterie und des Innenraums(PTC-Heizungen), gibt es eine weitere Technologie zur Selbsterwärmung der Batterie, sodass beim Starten der Batterie nur ein kleiner Teil der Energie zur Erwärmung jeder einzelnen Batterieeinheit benötigt wird, wodurch die Abhängigkeit von externen Wärmeaustauschkreisläufen verringert wird.
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 20. April 2023
