Elektrofahrzeuge (EVs) haben in der sich entwickelnden Transportlandschaft in letzter Zeit große Aufmerksamkeit erregt.

Den neuesten Statistiken zufolge werden im Jahr 14 voraussichtlich 2023 Millionen Elektrofahrzeuge verkauft, was einem Anstieg von 35 % gegenüber dem Vorjahr entspricht.¹ Brennstoffzellen-Elektrofahrzeuge haben auch die Aufmerksamkeit großer Akteure der Automobilindustrie auf sich gezogen, darunter Toyota, Honda und BMW.^2,3,4

Allerdings stellt die Herstellung von Brennstoffzellen-Elektrofahrzeugen erhebliche Herausforderungen dar. Ihr Ruf, sauber und umweltfreundlich zu sein und ein Heilmittel für unsere verschmutzte Vergangenheit zu sein, ist hart erarbeitet.

In diesem Artikel gehen wir näher auf die verschiedenen internen Komponenten eines Brennstoffzellen-Elektrofahrzeugs ein, die unterschiedliche Drücke aufrechterhalten müssen, um optimale Leistung und Sicherheit zu gewährleisten. Die zwischen diesen Komponenten angeordneten Drucksensoren spielen eine entscheidende Rolle bei der Überwachung des Systems.

 

 

 

 

 

Wasserstoff-Brennstoffzellen verstehen

Wasserstoff-Brennstoffzellen sind eine bahnbrechende Technologie für nachhaltige Energie. Diese Zellen nutzen die Kraft von Wasserstoff und kombinieren ihn mit Luftsauerstoff, um Strom zu erzeugen, wobei nur Wasserdampf als Emission entsteht.

Derzeit wird Wasserstoff als Energieträger hauptsächlich für Straßenfahrzeuge eingesetzt. Im Juni 2021 waren weltweit über 40,000 Brennstoffzellen-Elektrofahrzeuge in Betrieb, wobei sich fast 90 % auf vier Länder konzentrierten: Japan, Korea, China und die Vereinigten Staaten.⁵

Die Nutzung von Wasserstoff-Brennstoffzellen wird voraussichtlich zunehmen, wobei CEM H2I die Bemühungen zur weltweiten Förderung von Brennstoffzellentechnologien durch die Zusammenarbeit mit Regierungen und Partnern anführt.⁶

Die entscheidende Rolle der Dekomprimierung von Wasserstoff

In einem typischen Wasserstoff-Brennstoffzellen-Elektrofahrzeug wird Wasserstoff in einem Hochdruckbehälter gespeichert. Da der Brennstoffzellenstapel jedoch bei deutlich niedrigerem Druck optimal arbeitet, ist ein Dekompressionsverfahren erforderlich, um die Lücke zwischen dem Hochdruck-Wasserstofftank und dem Brennstoffzellenstapel zu schließen.

Die Dekomprimierung von Wasserstoff ist entscheidend für die effektive Funktion der Brennstoffzelle.⁷ Da Wasserstoff das kleinste Partikel ist, hat er keinen Einfluss auf die absolute TRVC-Funktion, weshalb die radiale Abdichtung aufgrund des TRVC und der Stopfengeometrie für die Konstruktion von entscheidender Bedeutung ist.

Bedeutung von Wärmemanagementsystemen in Elektrofahrzeugen

Das Wärmemanagement, beispielsweise effiziente Kühlsysteme, spielt eine Schlüsselrolle für die Leistung und Lebensdauer von Brennstoffzellen.⁸

Um kritische Teile wie die Batterie und elektronische Systeme innerhalb der erforderlichen Temperaturgrenzen zu halten, ist es wichtig, dass die Wärme effektiv abgeführt wird. Bei Batterien bedeutet dies häufig die Verwendung eines speziellen Batterie-Wärmemanagementsystems (BTMS).

Die Aufrechterhaltung des richtigen Drucks in den Kühlsystemen jedes Elektrofahrzeugs ist von entscheidender Bedeutung, um Kühlmittellecks und mögliche Schäden an Komponenten zu verhindern.⁹

Bedeutung von Drucksensoren in der Brennstoffzellentechnologie

Bei der Energieerzeugung und dem Wärmemanagement ist eine präzise Druckmessung unerlässlich. Präzise Drucksensoren sind erforderlich, um den Gasfluss in Rohrleitungen zu überwachen und den richtigen Kühlmittelstand im Kühlsystem aufrechtzuerhalten.

Sensoren stehen in rauen Umgebungen mit korrosiven Substanzen, Temperaturschwankungen und hohen Druckschwankungen vor Herausforderungen. Daher müssen Drucksensoren, die in diesen Umgebungen eingesetzt werden, für raue Bedingungen ausgelegt sein.

Wir stellen die Drucksensoren der TRVF-Serie von Merit Sensor vor

Merit Sensor, ein Top-Spieler in piezoresistive Drucksensoren, hat die TRVF-Serie entwickelt, um den Anforderungen der Industrie gerecht zu werden. Diese Sensoren integrieren sich nahtlos in die Wasserstoffversorgungs- und Kühlmittelkreisläufe von Brennstoffzellensystemen und sorgen so für erstklassige Stabilität.

Die TRVF-Serie hält Temperaturen von -40 °C bis 150 °C stand und zeichnet sich dank ihres Materialtrios – Silizium, Glas und Keramik – durch eine außergewöhnliche Haltbarkeit aus. Diese Sensoren sind so konstruiert, dass sie den rauen Bedingungen in Brennstoffzellenumgebungen standhalten.

Die oben genannten Materialien gewährleisten außerdem die Kompatibilität mit verschiedenen Flüssigkeiten, Dämpfen und Gasen, von Kraftstoff bis Wasser, und sorgen so für Langlebigkeit und Zuverlässigkeit in anspruchsvollen Betriebsumgebungen.

Die TRVF-Serie deckt einen Druckbereich von 2–15 bar ab und bietet präzise Messungen und einen genauen analogen Spannungsausgang, was eine effektive Überwachung von Gas- und Flüssigkeitsdrücken für eine optimierte Energieerzeugung und verbesserte Wärmemanagementprozesse ermöglicht.¹⁰

Die Grafik zeigt die Stabilitätsergebnisse der TRVF-Serie, gemessen bei 150 °C über 1300 Stunden.

Erhöhte Zuverlässigkeit bei Messungen des Kühlmittelkreislaufs

TRVF-Sensoren wurden entwickelt, um Druckmessungen an der hinteren Oberfläche zu erfassen. Dies wird durch hermetische Abdichtung des MEMS-Siliziumchips auf einem Keramikanschluss erreicht, wodurch sichergestellt wird, dass das Medium nur die gewünschten benetzten Materialien berührt.

Diese Funktionalität ermöglicht es dem Sensor, stets zuverlässige Messwerte innerhalb des Kühlmittelsystems zu liefern, was eine effiziente Kühlmittelsteuerung gewährleistet und zur Gesamteffektivität und Leistung des Brennstoffzellensystems beiträgt.¹⁰

Unter Druck gemessen: Mit der TRVF-Serie im Dienste der Brennstoffzellentechnologie

Die Einführung von Merit Sensors TRVF-Serie stellt einen bedeutenden Fortschritt in der Brennstoffzellentechnologie dar und deckt den entscheidenden Bedarf an langlebigen und präzisen Sensoren ab, die den harten Bedingungen in Brennstoffzellensystemen standhalten können.
Mit ihrer robusten Bauweise und zuverlässigen Leistung ist die TRVF-Serie in der Lage, einen wesentlichen Beitrag zur Weiterentwicklung nachhaltiger Transport- und Energielösungen zu leisten und einen neuen Exzellenzstandard in der Sensortechnologie für raue Brennstoffzellenumgebungen zu setzen.

Referenzen und weiterführende Literatur

1. IEA. Global EV Outlook 2023: Zusammenfassung. Verfügbar um: https://www.iea.org/reports/global-ev-outlook-2023/executive-summary (Zugriff am 31. August 2023).
2. Toyota. Toyota bringt den neuen Mirai auf den Markt. Verfügbar um: https://global.toyota/en/newsroom/toyota/33558148.html (Zugriff am 31. August 2023).
3. Honda. Honda beginnt 2024 mit der Produktion von Brennstoffzellen-Elektrofahrzeugen in den USA. Verfügbar unter: https://hondanews.com/en-US/releases/honda-to-begin-us-production-of-fuel cell-electric-vehicles-in-2024 (Zugriff am 31. August 2023).
4. BMW. BMW Group bringt Wasserstoffautos auf die Straße: Pilotflotte BMW iX5 Hydrogen startet. Verfügbar um: https://www.press.bmwgroup.com/global/article/detail/T0408839EN/bmw-group-brings-hydrogen-cars-to-the-road:-bmw-ix5-hydrogen-pilot-fleet-launches?language=en (Zugriff am 31. August 2023).
5. IRENA. Wasserstoff: Überblick. Verfügbar um: https://www.irena.org/Energy-Transition/Technology/Hydrogen (Zugriff am 31. August 2023).
6. IEA. CEM-Wasserstoffinitiative. Verfügbar um: https://www.iea.org/programmes/cem-hydrogen-initiative (Zugriff am 31. August 2023).
7. Qian, JY., et al. (2019) Wasserstoff-Dekompressionsanalyse durch mehrstufige Tesla-Ventile für Wasserstoff-Brennstoffzellen. Internationale Zeitschrift für Wasserstoffenergie. doi.org/10.1016/j.ijhydene.2019.03.235.
8. Ahn, JW., et al. (2008) Kühlmittelsteuerung eines PEM-Brennstoffzellensystems. Zeitschrift für Energiequellen. doi.org/10.1016/j.jpowsour.2007.12.066
9. Fahrzeugservice-Profis. Service für Kühlsysteme für Hybrid- und Elektrofahrzeuge. Verfügbar um: https://www.vehicleservicepros.com/service-repair/battery-and-electrical/article/21197978/hybrid-and-ev-cooling-system-service (Zugriff am 31. August 2023).
10. Leistungssensor. TRVF-Serie: Jetzt verfügbar! Verfügbar um: https://meritsensor.com/products/trvf-series/ (Zugriff am 31. August 2023).

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