54 Daimler ALTERNATIVE ANTRIEBE. Generation B. F-Cell: Vom Prüfstand in den Wintertest

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1 54 Daimler ALTERNATIVE ANTRIEBE Generation B F-Cell: Vom Prüfstand in den Wintertest

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3 56 Daimler Frühmorgens irgendwo im Norden Schwedens, dort, wo es noch richtigen Winter gibt. Eine Handvoll Männer in blaugrauen Jacken stapft durch die Schneelandschaft, den Kragen hochgeschlagen, die Mütze mit dem Mercedes-Benz-Stern tief in die Stirn gezogen. Es sind Testfahrer aus dem Daimler Forschungs- und Entwicklungsteam, die hier drei eisige Wochen lang die Wintertauglichkeit der neuen B-Klasse F-Cell unter die Lupe nehmen. Bernd Löper und seine Abteilung für Konstruktion, Versuch und Betriebsstrategie für das Gesamtfahrzeug verantworten diese Wintererprobung der neuen F-Cell-Generation: Tag um Tag fegen die surrenden Brennstoffzellenautos durch den Pulverschnee Schwedens, während Messgeräte und Hunderte von Sensoren Daten auf den angeschlossenen Laptops aufzeichnen. Leitung von Klaus Badenhausen angesiedelt ist. Anton Sonntag: Neben Forschung und Entwicklung sind bereits von Anfang an alle für die Produktentwicklung relevanten Bereiche mit eingebunden vom Vertrieb über den Materialeinkauf und das Qualitätsmanagement bis zu den After-Sales-Bereichen mit der entsprechenden Kundenbetreuung. Auffällig unauffällig Die ersten Fahrzeuge, sogenannte Aggregateträger, sind europaweit schon unterwegs. Sie unterscheiden sich äußerlich nur durch eine dezente F-Cell -Plakette am Heck von Benzin- oder Dieselversionen. Ihre Leistungsdaten können sich sehen lassen: Der Elektromotor bringt eine Spitzenleistung von 100 kw und ein maximales Drehmoment von 320 Nm. Mit der Verdoppelung des Gasdrucks im Wasserstofftank von 350 bar auf 700 bar lässt sich die praxisgerechte Reichweite von rund 400 Kilometern erreichen. Und schließlich verbraucht der emissionsfreie Antrieb des 174 km/h flotten Wagens, umgerechnet auf Schon im Laborbetrieb haben die Komponenten gezeigt, dass sie einzeln und im Zusammenspiel sehr zuverlässig sind. Jürgen Friedrich, Daimler Forschung und Entwicklung Gut Kilometer südlich des Testgeländes werden die Datenreihen und Messwerte schon mit Spannung erwartet, beispielsweise von den rund 150 Forschern und Entwicklern des Brennstoffzellenantriebscenters unter der Leitung von Christian Mohrdieck: Am Standort Ulm erproben Brennstoffzellenforscher des Konzerns neue technische Konzepte, während Entwickler im Kompetenzzentrum Kirchheim-Nabern die aussichtsreichsten Ideen in funktionsfähige Komponenten und Systeme umsetzen. Viele Beteiligte Dazu kommen zahlreiche andere Teams, erklärt der strategische Projektleiter Anton Sonntag, der von Sindelfingen aus das Fahrzeugprojekt B-Klasse F-Cell leitet und selbst in der Entwicklung unter der Dieselkraftstoff, das entspricht gerade einmal 2,9 Liter je 100 Kilometer. In seinem Büro in Nabern beugt sich Jürgen Friedrich über einen Stapel Auswertungen und nickt zufrieden: Das sieht alles ziemlich gut aus. Schon im Laborbetrieb haben die Komponenten gezeigt, dass sie einzeln und im Zusammenspiel sehr zuverlässig arbeiten, und sie tun es nun auch in der Praxis. Friedrich ist verantwortlich für Betrieb und Service der gesamten F-Cell-Erprobungsflotte, die mittlerweile mehr als 100 Forschungsfahrzeuge, Technikträger, Busse und Kleinserien- Härtetest unter Laborbedingungen: Auf einem mit speziellen Messeinrichtungen ausgestatteten Rollenprüfstand in Nabern durchlaufen die neuen F-Cell-Fahrzeuge zahlreiche Tests.

4 HTR 01/2008 Alternative Antriebe 57 DIE WICHTIGSTEN DATEN B-KLASSE F-CELL Leistung Antrieb: Nennleistung Brennstoffzelle Nennleistung Elektromotor Maximales Drehmoment 80 kw 100 kw 320 Nm Speicher/Verbrauch: Kapazität Batteriespeicher Wasserstoff-Speicherdruck Reichweite pro Tankfüllung Verbrauch (umgerechnet) 6,5 Ah 700 bar 400 km Entspricht 2,9 l Dieseläquivalent Fahrleistung: Beschleunigung km/h: Höchstgeschwindigkeit: 11,4 s 174 km/h

5 58 Daimler ANSPRECHZEIT 90 Sek. mit... ^ ANDREAS TRUCKENBRODT Andreas Truckenbrodt hat langjährige Erfahrungen auf dem Gebiet der Brennstoffzellenfahrzeuge und anderer alternativer Antriebe. Von 2001 bis 2002 war er bei Ballard tätig; in den Jahren 2003/2004 war er bei Daimler für Brennstoffzellenfahrzeuge verantwortlich. Danach leitete er für Daimler das Hybrid Development Center in Troy, Michigan. Seit Februar 2008 hat er die Leitung der Automotive Fuel Cell Cooperation (AFCC) im kanadischen Vancouver inne. 00s 18s 33s 54s 75s 90s Herr Truckenbrodt, worin sehen Sie die Vorteile des Unternehmens AFCC im Vergleich zur bisherigen strategischen Zusammenarbeit von Ballard, Ford und Daimler? AFCC kann sich auf die Entwicklung und das Ziel der Serienreife der Brennstoffzellenstacktechnologie für die Automobilanwendung konzentrieren. Dies erlaubt es, alle Ressourcen von Daimler und Ford zu nutzen und für die optimale Integration in die Fahrzeuge zu sorgen. Müssen Sie mit zwei Automobilunternehmen als Anteilseignern zwei Herren dienen oder ergeben sich daraus sogar Synergien? Wir sind sehr glücklich darüber, die Kompetenzen beider Automobilunternehmen nutzen zu können. Es ist aber auch klar definiert, dass Daimler die industrielle Führung in dieser Kooperation hat. Und wie sind die Aufgaben/Rollen zwischen Daimler, NuCellSys und AFCC verteilt? Daimler ist für das Brennstoffzellenfahrzeug und den gesamten Antriebsstrang verantwortlich, also die Integration aller Komponenten im Antriebsstrang und im Fahrzeug. AFCC entwickelt den Brennstoffzellenstack und ist für die Fertigung verantwortlich, während alle Komponenten um den Stack herum in den Händen von NuCellSys liegen. Damit ist nunmehr der gesamte Brennstoffzellenantriebsstrang in der Verantwortung der Automobilhersteller. Wie sehen Sie die technologische Stellung von AFCC im Vergleich zu seinen Wettbewerbern? Die Brennstoffzellentechnologie hat in den letzten Jahren große Fortschritte gemacht. Wir denken, dass AFCC weltweit eine Spitzenposition einnimmt. Und dies nicht nur, weil wir exzellente technologische Lösungen haben, sondern auch, weil wir auf die im Wettbewerb größte Erfahrung aus dem Betrieb in Kundenhand von mehr als 100 Brennstoffzellen - fahrzeugen weltweit und mehr als 3,8 Millionen Kilometer zurückgreifen können. Auf welche spezifischen Anforderungen von Daimler/Anwendungsschwerpunkte (Pkw/Bus/Truck) werden Sie die Stack-Entwicklung bei AFCC ausrichten? Wir konzentrieren uns auf die Entwicklung von Brennstoffzellenstacks für Pkw, da dies die Anwendung mit dem größten Potenzial und den anspruchsvollsten Anforderungen ist. Die Systeme werden aber so modular sein, dass sie sich auch in Lieferfahrzeuge und Busse integrieren lassen.

6 HTR 01/2008 Alternative Antriebe 59 PEM-BRENNSTOFFZELLEN Das Wasserstoffkraftwerk Brennstoffzellenstacks sind Energiewandler. Sie wandeln die im Wasserstoff (Energieträger) enthaltene chemische Energie in elektrischen Strom um. Und dies sehr effektiv: Der Wirkungsgrad beträgt rund 80 Prozent. In Mercedes-Benz-F-Cell-Fahrzeugen werden sogenannte Stacks aus PEM-Brennstoffzellen (Proton Exchange Membran Fuel Cell) eingesetzt. Sie benötigen als Treibstoff reinen Wasserstoff und bringen für den mobilen Einsatz einige entscheidende Vorteile mit. PEM-Brennstoffzellen erreichen eine für Fahrzeugantriebe geeignete Betriebstemperatur von etwa 80 C. Neben Wasserstoff wird ausschließlich Luft als sogenanntes Oxidant benötigt. PEM-Brennstoffzellen reagieren unmittelbar auf stärkere oder schwächere Gaszufuhr, ausgelöst durch den Druck aufs Gaspedal. Und sie entlassen als Abluft nur reinen Wasserdampf in die Umwelt. Die Brennstoffzellensysteme müssen keineswegs für den maximalen Strombedarf des Elektromotors dimensioniert sein: Benötigt der Motor zum Beispiel für starke Beschleunigung plötzlich sehr viel Energie, wird zur Unterstützung die Traktionsbatterie zugeschaltet bei der B-Klasse F-Cell sind das leistungsstarke Lithiumionen-Akkus. Pkw umfasst. Und er kennt die vielen kleinen Überraschungen, die diese Technologie immer wieder bereithält seit 1994 NECAR 1, das erste Brennstoffzellenforschungsfahrzeug mit Stern, das Fahren lernte. Die Forscher und Entwickler bei Daimler haben fast alles längst im Griff das belegt die 60 Fahrzeuge starke Testflotte des Vorgängers A- Klasse F-Cell, die seit 2005 in Kalifornien und Michigan, in Tokio, Singapur, Frankfurt, Stuttgart, Berlin und neuerdings auch auf Island im Kundeneinsatz gut 1,7 Millionen Kilometer zurückgelegt hat. Vor allem die Brennstoffzellenstacks sind im täglichen Betrieb sogar deutlich zuverlässiger als erwartet. Friedrich: Eines der Fahrzeuge hat beispielsweise Kilometer und Betriebsstunden mit einem einzigen Stack absolviert praktisch fehlerlos. Fast wie Formel 1 Dennoch sind die Spezialisten des Field Service, die alle Brennstoffzellenfahrzeuge während der Erprobung betreuen, ständig mit eingebunden. Sie tragen Know-how zusammen, das sie rechtzeitig vor dem Marktstart an ausgesuchte Werkstätten und Service-Stützpunkte von Mercedes-Benz weitergeben werden. Daher ist jedes Testfahrzeug mit einer Blackbox ausgerüstet, die alle Messdaten per W-LAN und Internet nach Nabern sendet. Dort gehen die Männer vom Field Service sehr zeitnah an die Auswertung. Das erinnert schon ein wenig an Formel-1-Technologie, meint Friedrich, allerdings kriegen wir nicht jeden zweiten Sonntag die beste TV-Sendezeit. Beim winterlichen Praxistest in Schweden ist die Kältefestigkeit der Stacks eines von mehreren besonders wichtigen Kriterien. Das Problem bisher: Während des Betriebs von PEM-Brennstoffzellen entsteht Wasser, das nach dem Abschalten im Stack verbleibt, bei entsprechend tiefen Temperaturen gefriert und den erneuten Start des Systems verhindern kann. Schnee von gestern, weiß Thomas Poschmann, in Nabern Projektleiter für die Entwicklung des gesamten Antriebsstrangs mit seinen Komponenten vom Wasserstoff- tank über Brennstoffzelle und Batterie bis zum Elektromotor: In der B-Klasse F-Cell verwenden wir Brennstoffzellensysteme der neuen Generation. Sie wurden bei NuCellSys in Nabern, dem Joint Venture von Daimler und Ford, entwickelt. Die Stacks entwickelte die Automotive Fuel Cell Cooperation (AFCC) im kanadischen Vancouver. Bei dem im Februar 2008 gegründeten Nachfolge - unternehmen der Automobilsparte von Ballard Power Systems hält Daimler mit einem Anteil von 50,1 Prozent die Mehrheit und übernimmt die industrielle Führung. Das USamerikanische Unternehmen Ford ist mit 30 Prozent, Ballard mit 19,9 Prozent beteiligt. Poschmann weiter: Die Kollegen im Ulmer Forschungszentrum erprobten die neue Technik erstmals im Forschungsfahrzeug F 600. Dazu gehört eine innovative Gas-Gas- Befeuchtung der Zellen mit Hohlfasermodulen, die Kaltstarts bei minus 15 Grad und tiefer erlaubt. Sind die Brennstoffzellenautos erst einmal in Betrieb, spielen Minusgrade ohnehin keine Rolle mehr, denn die Stacks werden gut 80 Grad warm. Und die Neuen überzeugen auf der ganzen Linie nicht nur beim Kältetest. Projektleiter Anton Sonntag: Alle am Entwicklungsprojekt Beteiligten sind begeistert von den Fahreigenschaften und der Robustheit. Mit der B- Klasse F-Cell kommen wir der Serienreife des Brennstoffzellenautos einen ganz wesent - lichen Schritt näher. WEB-TIPP Zum Thema Brennstoffzellen und F-Cell finden Sie zusätzliche Informationen und Bilder in HTR-online: Stammbaum: Vom NECAR I zur B-Klasse F-Cell Fotostrecke Wintererprobung