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Im konzerneigenen Kompetenzzentrum für Wasserstoff in München produziert die BMW Group fortan Brennstoffzellensysteme. Die Technologie zählt zu den Kernkomponenten im aktuellen BMW iX5 Hydrogen und verfügt über eine kontinuierliche hohe Leistung von 125 kW/170 PS. In Kombination mit einem Elektromotor aus der fünften Generation der BMW eDrive Technologie und einer eigens für dieses Fahrzeug entwickelten Leistungsbatterie bringt der Antriebsstrang des Fahrzeugs 275 kW/374 PS auf die Straße. Für die Kleinserie hat das Entwicklungsteam das Antriebssystem, bestehend aus zwei Wasserstoff-Tanks, der Brennstoffzelle sowie dem E-Motor, in die bestehende Architektur des BMW X5 integriert. Bei der finalen Wintererprobung in Schweden hat der BMW iX5 Hydrogen Anfang dieses Jahres bereits seine hohe Alltagstauglichkeit – auch bei sehr tiefen Temperaturen – unter Beweis stellen können.
Die guten Testergebnisse der neuen Kleinserie beruhen auf umfangreichen Erfahrungen der BMW Group mit Wasserstoff als Antriebstechnologie. Bereits vor der Brennstoffzelle kamen Wasserstoff-Verbrennungsmotoren zum Einsatz. Aus Effizienzgründen entschied die BMW Group ihre Entwicklung in diesem Bereich ab 2015 mit dem BMW 5er GT Hydrogen Cell auf Basis der Brennstoffzellen-Technologie fortzusetzen. Mit dem Know-How aus dem Bereich der konventionellen Antriebstechnologien und dem umfassenden Effizienzanspruch an alle Fahrzeuge wurde die Brennstoffzellentechnologie bis heute sukzessive optimiert.
In der Brennstoffzelle findet die chemische Reaktion zwischen dem Wasserstoff aus den Tanks und dem Sauerstoff aus der Umgebungsluft statt. Für eine hohe Effizienz des Antriebs ist eine gleichmäßige Versorgung der Membran in der Brennstoffzelle mit den beiden Medien entscheidend. Neben technologischen Analogien zum Verbrenner wie Ladeluftkühler, Luftfilter, Steuergeräten und Sensorik, hat die BMW Group für das neue Brennstoffzellensystem auch spezielle Wasserstoff-Komponenten entwickelt. Dazu gehören beispielsweise der hochdrehende Kompressor mit Turbine oder eine Hochvolt-Kühlmittelpumpe.
Die zur Produktion des BMW iX5 Hydrogen benötigten einzelnen Brennstoffzellen erhält die BMW Group von der Toyota Motor Corporation. Beide Unternehmen blicken auf eine langjährige Zusammenarbeit zurück und arbeiten bereits seit 2013 bei Brennstoffzellenantrieben zusammen. Die Herstellung der Brennstoffzellensysteme erfolgt in zwei wesentlichen Schritten. Zunächst werden die einzelnen Brennstoffzellen zu einem sogenannten Brennstoffzellen-Stack gestapelt. Im nächsten Schritt findet die Montage aller weiteren Komponenten zu einem vollständigen Brennstoffzellensystem statt.
Das sogenannte „Stacking“, also das Stapeln der Brennstoffzellen, ist ein vollautomatisierter Prozess. Nachdem die einzelnen Komponenten auf Beschädigungen kontrolliert werden, wird der Stack mit fünf Tonnen Kraft maschinell verpresst und mit einem Gehäuse versehen. Das Stack-Gehäuse wird in der Leichtmetallgießerei im BMW Group Werk Landshut im sogenannten Sandguss-Verfahren gefertigt. Dabei wird, in einem eigens für die Kleinserie ausgelegten Verfahren, flüssiges Aluminium in eine Form aus verdichtetem, mit Harz geformtem Sand gegossen. Auch die Mediendruckplatte, die Wasserstoff und Sauerstoff dem Brennstoffzellenstapel zuführt, besteht aus Kunststoff- und Leichtmetallgussteilen des Landshuter Werks. Die Mediendruckplatte schließt das Stack-Gehäuse gas- und wasserdicht ab.
In der Endmontage des Brennstoffzellen-Stacks gehören neben einem Spannungstest umfassende Tests der chemischen Reaktion innerhalb der Zellen. Abschließend werden alle Komponenten im Montagebereich zu einem Gesamtsystem zusammengefügt. Bei der Systemmontage werden weitere Komponenten wie der Kompressor, die Anode und Kathode, die Hochvolt-Kühlmittelpumpe und der Kabelbaum montiert.
Fotos: BMW/Text: BMW/rr