Brennstoffzellen in Elektrofahrzeugen

Die Kraft des Wasserstoffs in der Autoindustrie

Wasserstoff ist das am häufigsten vorkommende Element im Universum. Da die Welt daran arbeitet, mehr erneuerbare Energiequellen zu entwickeln, die weniger Umweltverschmutzung ausstoßen, ist es auch sinnvoll, Brennstoffzellentechnologien herzustellen, die dieses hochverfügbare Element verwenden. Eine solche Entwicklung ist die Schaffung von Brennstoffzellen-Elektrofahrzeugen (FCEVs), die Wasserstoff nur zum Antreiben des Motors verwenden.

Wie funktionieren Brennstoffzellenfahrzeuge?

Obwohl Brennstoffzellenautos als Elektrofahrzeuge gelten, reagiert Wasserstoff anders als Plug-in- oder batteriebetriebene Hybridautos. Wasserstoff kann durch elektrochemische Reaktion den Strom erzeugen, der das Auto antreibt. Komprimiertes Wasserstoffgas wird in einen Brennstoffzellenstapel an Bord geleitet, der mithilfe chemischer Energie Kraftstoff in elektrische Energie umwandelt, anstatt das Gas einfach zu verbrennen. Der dabei entstehende Strom wird dann verwendet, um den Elektromotor des Autos anzutreiben. Da bei diesem Prozess kein Gas verbrannt, sondern umgewandelt wird, entsteht nur Wasser als Abfall, sodass die Abgasemissionen gleich null sind.

Innerhalb der Brennstoffzelle tritt Wasserstoff in die Anode ein und erreicht einen Katalysator, der die Trennung von elementarem Wasserstoff in ein Proton und ein Elektron fördert. Diese resultierenden Elektronen werden vom leitfähigen Stromkollektor gesammelt, der die Motoren speist, die die Räder und die Bordbatterie durch die Hochspannungsschaltkreise des Autos drehen.

Schlüsselkomponenten

Man kann ein tieferes Verständnis der Funktionsweise von Brennstoffzellen-Elektrofahrzeugen finden, indem man die Schlüsselkomponenten des Autos untersucht:

• Hilfsbatterie. Die Niedervoltbatterie liefert den zum Starten des Fahrzeugs erforderlichen Strom, bevor die Traktionsbatterie zugeschaltet wird. Diese Batterie versorgt auch Zubehör im Fahrzeug mit Strom.
• Batteriepack. Beim regenerativen Bremsen wird Energie erzeugt, die von der Hochvoltbatterie gespeichert wird. Die Batterie versorgt auch den elektrischen Traktionsmotor mit Energie, wenn dieser zusätzliche Energie benötigt.
• Elektrischer Fahrmotor. Dieser Motor treibt die Räder des Fahrzeugs mit Strom aus dem Traktionsbatteriepaket und der Brennstoffzelle an. Einige Fahrzeuge mit fortschrittlicherer Technologie haben einen Motorgenerator, der sowohl die Regenerations- als auch die Antriebsfunktionen durchführt.
• Brennstoffzellenstapel. Die Montage von Membranelektroden, die Sauerstoff und Wasserstoff zur Stromerzeugung nutzen
• Steuerung der Leistungselektronik. Diese Komponente verwaltet den elektrischen Energiefluss, der von der Traktionsbatterie und der Brennstoffzelle geliefert wird, um die Drehzahl und das Drehmoment des elektrischen Traktionsmotors zu steuern.
• Wärmemanagementsystem. Dieses Kühlsystem hält den richtigen Betriebstemperaturbereich des Elektromotors, der Brennstoffzelle, der Elektronik und anderer Komponenten aufrecht.

Vorteile von wasserstoffbetriebenen Fahrzeugen

Es gibt viele Vorteile für wasserstoffbetriebene Fahrzeuge, die durch die enorme Menge an Zeit und Entwicklung, die auf die Industrie aufgewendet wurden, belegt werden.

Erstens sind Brennstoffzellen-Elektrofahrzeuge emissionsfreie Autos. Im Gegensatz zu den historisch verwendeten fossilen Brennstoffen erzeugen FCEVs keine schädlichen Emissionen. Die einzigen Nebenprodukte sind Wasser und Wärme, was Wasserstoff sowohl zu einer nachhaltigen als auch zu einer emissionsfreien Energiequelle macht. Dies senkt die damit verbundenen Kosten der Fahrzeuge, da sie keine Handhabung und Lagerung giftiger Materialien erfordern. Andere reduzierte Kosten der Batterien liegen in der Tatsache begründet, dass sie nicht gewechselt, aufgeladen oder anderweitig verwaltet werden müssen, wodurch Arbeits- und Zeitkosten gesenkt werden.

FCEVs haben im Vergleich zum typischen Verbrennungsmotor eines Autos auch verbesserte Effizienzwerte. Wasserstoff-Brennstoffzellen verfügen im Allgemeinen über a 40 % bis 60 % Energieeffizienzklasse, während das typische Benzinfahrzeug einen Wirkungsgrad von etwa 25 % hat.

FCEVs sind nicht nur effizienter, sondern auch robust und zuverlässig. Diese Technologie hat bewiesen, dass sie auch unter den härtesten Bedingungen funktioniert, einschließlich kalter Umgebungen von bis zu minus 40 Grad Fahrenheit und rauen Wetterumgebungen wie Wüsten und Wirbelstürmen. Selbst hart arbeitende, schnelllebige Arbeitsumgebungen können von der Implementierung von Wasserstoff-Brennstoffzellen-Fahrzeugen profitieren.

Die Fahrzeuge der Zukunft

Es besteht kein Zweifel, dass wasserstoffbetriebene Fahrzeuge in Zukunft einen bedeutenden Teil des Marktes einnehmen werden. Sie haben eine Vielzahl von Vorteilen, die mit der Weiterentwicklung der Technologie noch zunehmen werden.