Das FuE-Vorhaben „Fuel Cell 4 Leisure“ wurde im Rahmen des NIP-Programmbereichs Spezielle Märkte gemäß dem Entwicklungsplan zum Einsatz von Brennstoffzellensystemen zur Bordstromversorgung im Freizeitmarkt durchgeführt. Ziel des Vorhabens war die Entwicklung eines seriennahen Brennstoffzellensystems zur Bordstromversorgung von Freizeitfahrzeugen. Als Brennstoff soll das bereits an Bord mitgeführte und flächendeckend verfügbare Flüssiggas (LPG) dienen. Das System soll sich durch einen leisen, orts- und witterungsunabhängigen sowie wartungs- und emissionsarmen Betrieb auszeichnen.
Ausgehend von einem ersten Funktionsmuster wurde im Juni 2009 mit der Projektarbeit begonnen und bis Juni 2012 wurden mehrere Systemgenerationen entwickelt. In Feldtests und im Klimalabor des ZBT wurden diese Systeme und Systemkomponenten unter realitätsnahen Bedingungen getestet und die Ergebnisse in die weitere Anpassungsentwicklung aufgenommen.
Die Kernkomponente des Systems bildet eine Hochtemperatur- PEM-Brennstoffzelle, welche sich gegenüber Niedertemperatur-PEM-Brennstoffzellen durch eine hohe CO-Verträglichkeit auszeichnet. Dadurch wird die Systemkomplexität verringert und die Robustheit deutlich erhöht. Das Design der Brennstoffzelle hat im Laufe der Entwicklungsarbeit mehrere Anpassungszyklen durchlaufen und wurde soweit optimiert, dass sich der Brennstoffzellenstapel nunmehr durch stabile Betriebsparameter auszeichnet. Der für die Stromerzeugung in der Brennstoffzelle benötigte Wasserstoff wird durch einen Reformierungsprozess aus LPG gewonnen. LPG wird entschwefelt und anschließend katalytisch in ein wasserstoffreiches Reformatgas zur Verstromung in der Brennstoffzelle umgesetzt. Die Entwicklung und Qualifizierung der Entschwefelungspatrone war ebenso Bestandteil dieses Vorhabens wie die Optimierung des Gasprozessors. Das zur Reformierung benötigte Wasser wird durch ein innovatives Rezyklierungsverfahren gasförmig aus dem Abgas der Brennstoffzelle zugeführt, wodurch einerseits eine zusätzliche Wasserquelle entfallen kann und andererseits Start und Betrieb des Systems bei Temperaturen unterhalb des Gefrierpunktes problemlos möglich sind.
Eine Vielzahl von Komponenten und Überwachungselementen im System müssen präzise aufeinander abgestimmt werden, um einen zuverlässigen und sicheren Betrieb zu gewährleisten. Hieraus resultieren komplexe Anforderungen an die Systemsteuerung, die so weit entwickelt und optimiert wurde, dass das System voll automatisch betrieben werden kann. Über eine Schnittstelle hat der Nutzer die Möglichkeit, grundlegende Betriebs- und Batterieparameter festzulegen sowie Zustandsinformationen zur Batterie und zum System abzulesen. Zur Gewährleistung eines sicheren Betriebes lag während der Entwicklung ein besonderes Augenmerk auf der Integration von sicherheitsgerichteten Einrichtungen im System. Durch entsprechend angelegte Komponenten und Prozesse kann eine Akkumulation von brennbaren oder giftigen Stoffen ausgeschlossen werden. Das System und der sichere Betrieb des Systems wurden für die Erprobung beim Feldtestkunden erfolgreich zertifiziert.
Förderkennzeichen
03BS207