Technologie

Ein optimiertes System statt individuelle Anpassungen

Wir konzentrieren unsere gesamte Entwicklung auf ein einziges Brennstoffzellensystem für den schweren Fernverkehr. Die komplette In-House-Entwicklung und -Produktion von Komponenten, Stack und Gesamtsystem stellt sicher, dass alles optimal aufeinander abgestimmt ist. So erreichen wir gleichzeitig erstklassige Leistung und bestmögliche Gesamtbetriebskosten (TCO).

Techniker bei der Montage eines Cellcentric-Brennstoffzellenstapels mit einem Präzisions-Drehmomentschlüssel

Unsere Entwicklungsphilosophie

Gebaut für die Anforderungen des schweren Fernverkehrs

Nutzfahrzeuge decken eine Vielzahl von Einsatzzwecken und Anforderungen ab. Ein maßgeschneidertes System für jede Anwendung zu entwickeln, erhöht die Komplexität und untergräbt Skaleneffekte - das widerspricht unserem Ziel, Brennstoffzellen wirtschaftlich wettbewerbsfähig zu Diesel zu machen. Deshalb konzentrieren wir unsere Entwicklung auf ein einziges Produkt für den Schwerlast-Fernverkehr. Die vollständige In-House-Entwicklung und -Produktion von Komponenten, Stack und Gesamtsystem stellt sicher, dass alles so reibungslos und effizient wie möglich zusammenarbeitet. Und da wir zuerst für das höchste Leistungsniveau entwickeln, eignen sich unsere Systeme auch hervorragend für Reisebusse, stationäre Stromerzeugung, Schienenverkehr und Bergbau.

Warum Brennstoffzellen im Schwerlastbereich

Vier Gründe, warum Brennstoffzellen für die Nutzfahrzeug-Zukunft entscheidend sind

Gewicht

Der gesamte Brennstoffzellen-Antriebsstrang, einschließlich Wasserstofftanks und Hybridbatterie, erreicht ein Gewicht, das mit einem konventionellen Antriebsstrang vergleichbar ist. Das unterstützt hohe Nutzlasten, die Fernverkehrsanwender benötigen.

Reichweite & Flexibilität

Wasserstofftanks bieten eine hohe Speicherkapazität, vergleichbar mit Tanks für konventionelle Verbrennungsmotoren, wodurch Brennstoffzellen-Lkw bei Fahrstrecken von 1.000 Kilometern oder mehr über eine mit Diesel vergleichbare Reichweite verfügen.

Betankung

Das Betanken mit Wasserstoff ist in Geschwindigkeit und Handhabung mit Diesel-Lkw vergleichbar. Es besteht das Potenzial, bestehende Infrastruktur zu nutzen, da Wasserstoff ähnlich wie Diesel gelagert und verteilt werden kann.

Emissionen

Das Brennstoffzellensystem stößt im Betrieb nur Wasserdampf und Wärme aus. Es entstehen keine Treibhausgase, was das Brennstoffzellensystem zu einem zukunftsfähigen emissionsfreien Antrieb für den Fernverkehr macht.

Schematische Darstellung eines Brennstoffzellensystems mit Brennstoffzellenstapel, elektrischem Turbolader und Wandler

Schritt 1

Zusammenspiel auf Systemebene

Innerhalb der gesamten Antriebsstrangarchitektur steuern die Nebenkomponenten von cellcentric die Medienströme. Der elektrische Turbolader erhöht den Betriebsdruck, um die Effizienz zu optimieren, während die integrierte Wasserstoffrezirkulation und spezialisierte Thermomanagementsysteme eine stabile, automatisierte Stromerzeugung unter allen Lastprofilen sicherstellen.

Reaktionsschema einer elektrochemischen Brennstoffzelle mit Anode, Kathode und Stromerzeugung

Schritt 2

Proton-Exchange-Membrane-Chemie

Im Kern des Stacks ermöglichen einzelne PEM-Zellen (Proton Exchange Membrane) die elektrochemische Umwandlung. Kontinuierlich an der Anodenseite zugeführter Wasserstoff reagiert mit Umgebungssauerstoff an der Kathodenseite. Dieser saubere Prozess erzeugt Strom und Wärme durch hocheffiziente „kalte Verbrennung“. Dabei entsteht nur Wasserdampf.

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Schematische Darstellung des cellcentric-Brennstoffzellenstapel-Baugruppmoduls mit Zellreihen und H₂-Energiefluss

BZA375 Schlüsseltechnologie

Stack und Einzelzellen

Die Effizienz des dreireihigen Stacks in BZA375 steigt durch zwei sich ergänzende Ansätze: eine Designoptimierung, die eine größere aktive Fläche und damit eine höhere Spannung schafft, sowie eine verbesserte Zellchemie, die bei gleicher Last eine höhere Spannung liefert. Im Vergleich zu zwei BZA150-Systemen, der Standardkonfiguration in einem aktuellen schweren Lkw mit cellcentric-Brennstoffzellen, steigt die gesamte aktive Fläche um rund 40%, während die aktive Fläche pro Zelle um den Faktor 2,4 wächst. Dadurch verbessert sich die Effizienz der Einzelzelle deutlich. Die höhere Stack-Effizienz in Kombination mit höheren Toleranzen für die Betriebstemperatur führt zudem zu einer starken Reduzierung der Anforderungen an das Fahrzeug-Kühlsystem.

Die Komponenten, die den Unterschied machen

Der zweistufige Turbolader mit variabler Turbinengeometrie erhöht den Betriebsdruck von 2,5 auf 3,0 bar und verbessert so die Brennstoffzelleneffizienz und die Befeuchtung bei hohen Kühlmitteltemperaturen. Bei anspruchsvollen Steigungen wie dem Brennerpass oder dem San-Bernardino-Pass bedeutet das bis zu 50 kW zusätzliche Nettoleistung bei der Bergfahrt. Die Turbine gewinnt zudem Energie aus dem "Abgas" zurück und spart so 16 kW an E-Antriebsleistung.

Das Media Distribution Manifold ist der Schlüssel zur kompakten dreireihigen Stack-Bauweise. Es verteilt drei Medienströme - Luft, Wasserstoff und Kühlmittel - über drei Zellreihen mittels drei Einlässen und 9 Auslässen. Mit einer Länge von rund 65 cm nimmt das MDM insgesamt 3,5 m Medienleitungen auf und ist damit eine bemerkenswert kompakte, aber äußerst leistungsfähige Komponente.

Obwohl geometrisch kleiner als sein Pendant in BZA150, liefert das Wasserstoff-Rezirkulationsgebläse von BZA375 bei gleichem Stromverbrauch den 2,5-fachen Wasserstoff-Massenstrom im Vergleich zu BZA150. Diese Verbesserung des Wasserstoffdurchsatzes unterstützt direkt die höhere Energieabgabe von BZA375, ohne die Baugröße oder das Gewicht des Systems zu erhöhen.

Der Fuel Cell Inverter wandelt die Spannung von 350-500 V auf 540-850 V um, während der Strom von 600 auf 1.100 Ampere steigt. Die Hauptleistungsabgabe erfolgt über vier statt zwei Anschlüsse. Vier zusätzliche Anschlüsse versorgen Nebenverbraucher wie Kühlmittelpumpen oder Lüftermotoren auf Fahrzeugseite - das reduziert den Integrationsaufwand für OEM-Kunden erheblich. Die Fuel Cell Control Unit von BZA375 verdoppelt sowohl die Eingangserfassung als auch die Ausgangssteuerung im Vergleich zu BZA150.