Die Brennstoffzelle gehört zu den Schlüsseltechnologien für eine emissionsfreie Mobilität. Davon können künftig auch Off-Highway-Anwendungen, wie Baumaschinen, Kommunal- und Flughafenfahrzeuge profitieren. Ein innerhalb des öffentlich geförderten Projektes „Innovative regenerativer On-Board-Energiewandler“ (InnoROBE) aufgebauter elektrifizierter Gepäckschlepper fährt nun als erster seiner Art in Europa mit einer Brennstoffzelle als Range-Extender. Bosch Engineering liefert mit der Fuel Cell Control Unit (FCCU) eine Schlüsselkomponente des Brennstoffzellensystems. Sie steuert alle Komponenten für ein effizientes Zusammenspiel. „Wir entwickeln Komponenten, Systeme und liefern Entwicklungsdienstleistungen für eine emissionsfreie Zukunft für Off-Highway-Anwendungen“, sagt Bernhard Bihr, Geschäftsführer der Bosch Engineering GmbH. Das im August 2012 gestartete Projekt des Bundesministeriums für Bildung und Forschung wird gemeinsam mit den Projektpartnern Greening GmbH & Co. KG, DLR-Institut für Fahrzeugkonzepte sowie dem Fraunhofer NAS umgesetzt und am 31. Dezember 2015 abgeschlossen.

Brennstoffzellenantriebe am Flughafen

An Flughäfen wird mehr gefahren als geflogen, um Passagiere, Gepäck und Fracht zu transportieren. Zur Reduzierung von Emissionen und Lärm setzen Flughafenbetreiber zunehmend auf alternative Antriebe und künftig mit der Brennstoffzelle auf eine neue umweltfreundliche Zukunftstechnologie für ihre mobilen Arbeitsmaschinen, Fahrzeuge auf dem Vorfeld und Fuhrparks. Die Vorteile von Fahrzeugen mit Brennstoffzellenantrieb sind ihre große Reichweite und ihre schnelle Betankung innerhalb von nur wenigen Minuten. „Der Gepäckschlepper mit Brennstoffzelle fährt nun eine Schicht von acht Stunden ohne ein Nachladen der Batterie“, erklärt Bihr.

Die Verbreitung alternativer Antriebe bei Off-Highway-Anwendungen wird zudem durch die Verschärfung der Abgasgesetzgebung für Verbrennungsmotoren über 56 Kilowatt (EU Stage IV und US Tier 4 Final) begünstigt. Fahrzeuge mit Brennstoffzellenantrieb werden mit Wasserstoff betankt. Dieser reagiert in der Zelle mit Sauerstoff zu reinem Wasser. Bei diesem Prozess wird Energie frei, die in der Brennstoffzelle in elektrische Energie umgewandelt wird, mit der der Elektromotor betrieben wird. „Mit dieser emissionsfreien Antriebsform können Off-Highway-Anwendungen wie Gabelstapler und Hebebühnen nun sowohl auf dem Vorfeld als auch innerhalb von Gebäuden und Hallen komplett emissionsfrei fahren“, so Bihr. Flughafen-Fahrzeuge mit Brennstoffzellenantrieb sind zudem leise und vibrationsarm. An ersten Flughäfen in Deutschland, wie in Stuttgart, München und Hamburg, sind heute bereits Wasserstofftankstellen vorhanden. Sie liefern lokal die erforderliche Infrastruktur.

Vom Steuergerät bis zum Prototyp

Die Schaltzentrale des Brennstoffzellensystems ist die FCCU, eine Kombination aus Serienhardware aus der automobilen Großserienfertigung der Robert Bosch GmbH und einer eigens entwickelten Software. Diese steuert das Gesamtsystem mit einer integrierten Wasserstoff-, Luft- und Kühlmittelregelung. „Der erste Einsatz unserer serienreifen FCCU erfolgte im Projekt InnoROBE“, sagt Bihr. Innerhalb des Projektes übernahm Bosch Engineering zudem weitere Aufgaben. Die Entwickler aus Abstatt legten das Brennstoffzellensystem aus, um die Dimensionen der Komponenten zu bestimmen. Dafür analysierten sie Fahrzeugeinsatz, Betriebsdauer, Betankung und zahlreiche weitere Anforderungen, um anschließend Parameter wie die Batteriegröße, Leistung des Brennstoffzellenantriebs sowie die Dimensionen des Wasserstofftanks zu bestimmen. Sie bauten das Gesamtsystem auf und optimierten das Zusammenspiel der Komponenten samt Steuerung und Regelung. Für ihre Tests nutzten die Entwickler ein eigenes Brennstoffzellenlabor sowie einen Prüfstand für ein 20-kW-Brennstoffzellensystem. Anschließend erfolgte der Aufbau des Prototypen-Gepäckschleppers, um das System im realen Fahrbetrieb zu testen. Für die Experten liefert das Fahrzeug wichtige Erkenntnisse, um das System weiterzuentwickeln. In einem nächsten Schritt soll der Gepäckschlepper im Realbetrieb am Flughafen eingesetzt werden. Ziel von Bosch Engineering ist es, das gesamte Leistungsportfolio für die Entwicklung von Brennstoffzellenantrieben in weiteren Off-Highway-Fahrzeugen umzusetzen.