Honda FCX

Der neu entwickelte Honda FC Stack, der bei der Stromerzeugung einen höheren Wirkungsgrad erreicht als sein Vorgänger, dient als Haupt-Stromquelle, während der unabhängige Ultra-Kondensator mit seiner herausragenden Speicherkapazität als zusätzliche Stromquelle zur Verfügung steht, um reichlich Antriebskraft für den Motor zu liefern. Das Ergebnis ist eine hoch effiziente Fahrleistung: hohe Leistung, gutes Ansprechverhalten und hervorragende Sparsamkeit. Und damit in einer kompakten Karosserie reichlich Platz bleibt, werden im FCX Hochdruck-Wasserstofftanks eingesetzt, mit denen eine große Menge Wasserstoff in einem kleinen Raum gespeichert werden kann. Dazu kommen ein kompakteres Brennstoffzellensystem und eine durch hohe Effizienz gekennzeichnete Bauweise, bei der die Systemkomponenten auf einer speziell entwickelten Plattform optimal platziert sind. PEMFC-Stromerzeugungsvorrichtung (Proton Exchange Membrane Fuel Cell, Brennstoffzelle mit Protonenaustauschmembran). Zwei leichte, kompakte Brennstoffzellenelemente mit einer Gesamtleistung von maximal 86 kW. Befeuchtungssystem Das (vollkommen unabhängige) Befeuchtungssystem basiert auf Wasserrückgewinnung, d. h. im Honda FC Stack erzeugtes Wasser wird zum Befeuchten der Luft wiederverwendet. PCU (Power Control Unit, Leistungsregeleinheit) Regler für elektrische Systeme, u. a. Leistung des Honda FC Stack, Leistung des Kondensators, Leistung des Antriebsmotors, Luftpumpe und Kühlpumpe. Brennstoffzellen-Kühlsystem Ausgestattet mit einer Heizung für das Brennstoffzellensystem (groß) und zwei Heizungen für den Antriebsstrang (klein), die speziell für den Einsatz in Brennstoffzellenfahrzeugen entwickelt wurden, um die Kühlleistung zu verbessern.Besteht aus einem Antriebsmotor, einem Getriebe und einer Antriebswelle. Der Antriebsmotor verbindet hohe Effizienz mit starker Leistung und hohem Drehmoment (maximale Leistung 80 kW, maximales Drehmoment 272 Nm). Liefert sofort leistungsstarke Unterstützung für Anfahren und Beschleunigung, während beim Bremsen erzeugte Energie auf effiziente Art und Weise zurückgewonnen wird. Schnelles Ansprechen in Verbindung mit hoher Effizienz. Hochdruck-Wasserstoffversorgungssystem Ausgestattet mit zwei Tanks. Kann mit bis zu 156,6 l Wasserstoff bei ca. 350 Atmosphären gefüllt werden. Luftversorgungssystem Eine Luftpumpe mit Hochspannungs-Elektromotor versorgt den Honda FC Stack bei geeignetem Druck und Durchfluss mit Luft. Das hoch kompakte Brennstoffzellensystem befindet sich unter dem Boden, und die Hochdruck-Wasserstofftanks sind unter dem Rücksitz untergebracht - eine kompakte, leicht zu fahrende Karosserie mit viel Platz im Innenraum und überlegener Unfallsicherheit Honda hat eine Plattform speziell für den FCX entwickelt, um den hohen Anforderungen an ein Personenfahrzeug in Bezug auf Bedienerfreundlichkeit und praktisches Wesen gerecht zu werden - durch Optimierung von Karosseriegröße, Geräumigkeit und Unfallsicherheit. Die durch die Brennstoffzelle ermöglichte Auslegungsfreiheit wurde voll ausgenutzt. Die Hochdruck-Wasserstofftanks wurden unter dem Rücksitz untergebracht, während das Brennstoffzellensystem kompakter und leichter geworden ist und zentral unter dem Boden platziert wurde, so dass sich eine geräumige Fahrgastzelle ergibt und gleichzeitig ein hohes Maß an Unfallsicherheit gewahrt bleibt. Der Ultra-Kondensator wurde hinter dem Rücksitz abgewinkelt platziert, um Laderaum zu sichern. Eine platzsparende Hinterradaufhängung mit herausragenden Fahreigenschaften wurde ebenfalls eingesetzt, so dass noch mehr Raum geschaffen werden konnte. Hinzu kamen schließlich eine kompakte PCU und ein kompaktes Getriebe, und das Ergebnis ist eine leicht zu fahrende Karosserie. Die durch hohe Effizienz gekennzeichnete Bauweise des FCX verleiht ihm genau die Bedienerfreundlichkeit und das praktische Wesen, die von einem Personenfahrzeug erwartet werden. So funktioniert die Energieverteilung Anfahren und Beschleunigung (Energie aus Brennstoffzellenelement und Ultra-Kondensator) Der Ultra-Kondensator wird zur Unterstützung des Brennstoffzellenelements eingesetzt, um eine flotte Beschleunigung mit gutem Ansprechverhalten zu erreichen. (Energie wird zurückgewonnen und im Ultra-Kondensator gespeichert)
Die während der Verzögerung freigesetzte Energie wird vom Ultra-Kondensator zurückgewonnen und zusammen mit der Energie aus dem Brennstoffzellenelement gespeichert. Daraus ergeben sich eine größere Sparsamkeit und ein natürliches Verzögerungsgefühl. Leichte Beschleunigung und Reisegeschwindigkeit Das Brennstoffzellenelement liefert praktisch den gesamten vom Motor benötigten Strom, so dass bei hoher Reisegeschwindigkeit ein sparsames Fahren ohne Unterstützung möglich ist. Angehalten (Leerlauf-Stopp) Das automatische Leerlauf-Stopp-System schaltet die Energie aus dem Brennstoffzellenelement ab, um den Brennstoffverbrauch zu verringern. Der für die Klimaanlage und andere Komponenten benötigte Strom wird vom Ultra-Kondensator geliefert. Beim Anfahren liefert das System sofort die für eine ruhige, leistungsstarke Beschleunigung benötigte Energie. (Unter bestimmten Umständen schaltet sich die Energie aus dem Brennstoffzellenelement möglicherweise nicht ab.) Neu entwickelter Honda FC Stack verbindet Weltklasse-Niveau bei Kompaktheit und Leistung mit Betriebstüchtigkeit bei Umgebungstemperaturen von bis zu ‑20 °C

Kompakter, leistungsfähiger, breiter kompatibel - die Entwicklung geht in Richtung Brennstoffzellenfahrzeuge für jedermann

Honda nutzt bei der Forschung Synergieeffekte in einer Reihe von Feldern, um die kommerzielle Einführung von Brennstoffzellenfahrzeugen zu ermöglichen. Besonders bei der Brennstoffzelle selbst, dem Herzstück des Brennstoffzellenfahrzeugs, strebt Honda nach größerer Kompaktheit und höherer Leistung, um die Einbaumöglichkeit in Fahrzeugen zu verbessern und eine bessere Fahrleistung zu erreichen. Gleichzeitig ist Honda dabei, die Brennstoffzelle im Hinblick auf die Umgebungsbedingungen anpassungsfähiger zu machen, um sie in mehr verschiedenen Klimazonen einsetzen zu können und eine Massenproduktion zu ermöglichen. Jetzt hat Honda mit einer Kombination aus innovativem Denken und bahnbrechenden neuen Technologien einen wichtigen Durchbruch in der Brennstoffzellenleistung geschafft: den Honda FC Stack, eine Brennstoffzelle der nächsten Generation.

Alomatische Elektrolyse-Membran und gestanzter Metalltrenner zum ersten Mal in einer Automobilanwendung eingesetzt: Entwicklungssprung zur nächsten Generation von Hochleistungs-Brennstoffzellen

Honda hat eine alomatische Elektrolyse-Membran entwickelt, die eine herausragende Durchlässigkeit für Wasserstoffionen bietet, sowie einen gestanzten Metalltrenner für hervorragende Strom- und Wärmeleiteigenschaften - eine Weltneuheit für eine Automobilanwendung. Durch einen verbesserten Wirkungsgrad in der Stromerzeugung und durch Anstrengungen zur Verkleinerung des Brennstoffzellenelements weist das neue Element gegenüber seinem Vorgänger die doppelte Leistung auf und ist halb so groß, so dass es in der Leistungsdichte zu den Besten der Welt gehört. Darüber hinaus ermöglicht dies einen Betrieb bei Temperaturen von ‑20 °C bis +95 °C und verbessert die Beständigkeit. Produktion und Recycling sind ebenfalls einfacher. Diese Durchbrüche sind Vorboten einer neuen Generation in der Leistung von Brennstoffzellen.

Neu entwickelte alomatische Elektrolyse-Membran bietet verbesserte Leitfähigkeit für Wasserstoffionen - sogar bei extrem niedrigen Temperaturen

Im Gegensatz zu herkömmlichen Brennstoffzellen, in denen Fluor-Elektrolyse-Membranen eingesetzt werden, verfügt der Honda FC Stack über eine neu entwickelte alomatische Elektrolyse-Membran. Diese Elektrolyse-Membran wurde bis in die Molekularstruktur hinein neu entwickelt, in der Hauptketten, die eine hoch stabile alomatische Struktur enthalten, mit einem Ionenaustausch-Substrat (SO₃¯) kombiniert wurden. Dies ermöglicht eine erhebliche Verstärkung des Ionen leitenden Substrats gegenüber einer herkömmlichen Fluor-Elektrolyse-Membran, während gleichzeitig der Abbau geringer ist. Aufgrund der Verstärkung des Ionen leitenden Substrats ist die Leitfähigkeit für Wasserstoffionen bei niedrigen Temperaturen doppelt so groß wie bei einer Fluor-Elektrolyse-Membran. Als Folge davon kann der Membranwiderstand um rund die Hälfte verringert werden, und eine herausragende Leitfähigkeit wird sogar bei Temperaturen unter Null erreicht. Dadurch ist ein Betrieb bei Temperaturen von bis zu –20 °C möglich.

Vergleich der Strukturen von Elektrolyse-Membranen

Die alomatische Elektrolyse-Membran enthält mehr Ionenaustausch-Substrat als die Fluor-Elektrolyse-Membran. Daraus ergibt sich ein geringerer Membranwiderstand über einen breiten Temperaturbereich.

Verbesserte Beständigkeit bei hohen Temperaturen

In einer herkömmlichen Brennstoffzelle mit Fluor-Elektrolyse-Membran werden die Materialien plötzlich weich und verformen sich, wenn die Temperatur auf über 80 °C steigt. Daher ist ein Betrieb bei hohen Temperaturen nicht möglich. Die im Honda FC Stack eingesetzte alomatische Elektrolyse-Membran enthält Hauptketten mit einer starken, beständigen alomatischen Struktur, die sogar bei hohen Temperaturen nicht aufweicht oder sich verformt. Obwohl jedoch die alomatische Struktur eine herausragende Formbeständigkeit bei hohen Temperaturen aufweist, ist Honda bei den herkömmlichen Fertigungsprozessen auf Adhäsionsprobleme zwischen Membran und Elektrodenschicht gestoßen. Als Lösung für dieses Problem wurde ein eigener Fertigungsprozess entwickelt. Ergebnis war eine herausragende Adhäsion zwischen der Elektrolyse-Membran und der Elektrodenschicht.

Neu entwickelter gestanzter Metalltrenner bietet herausragende Strom- und Wärmeleitfähigkeit für verbesserten Betrieb bei niedrigen Temperaturen

Der Trenner, der die in Reihe geschalteten Brennstoffzellen voneinander trennt, dient als Pfad für die Elektronen und erfordert daher eine herausragende Leitfähigkeit. Gleichzeitig ist Wärmeleitfähigkeit (schnelle Erwärmung) ebenfalls wichtig, damit das als Nebenprodukt der Stromerzeugung entstehende Wasser nicht gefriert. Im Honda FC Stack werden gestanzte Metalltrenner eingesetzt, die sowohl bei der Stromleitfähigkeit als auch bei der Wärmeleitfähigkeit einen erheblichen Fortschritt bringen. Für Metall charakteristische Eigenschaften, niedriger elektrischer Widerstand und Unempfindlichkeit gegen Verformung durch Wärme, führen dazu, dass der Kontaktwiederstand bei –20 °C gegenüber Kohletrennern auf ein Viertel sinkt und die Stromleitfähigkeit herausragend bleibt. Außerdem sind Metalltrenner nur halb so dick wie entsprechene Kohleteile, was eine fünffach höhere Wärmeleitfähigkeit bedeutet. Ergebnis: Das gesamte Brennstoffzellenelement kann schnell und gleichmäßig erwärmt werden, so dass vom Beginn der Stromerzeugung bis zum Ende des Aufwärmens erheblich weniger Zeit vergeht. So kann das Potential der alomatischen Elektrolyse-Membran zur Stromerzeugung bei Temperaturen unter Null voll ausgeschöpft werden.

Neue entwickelte Edelstahlplatte bietet sowohl verbesserte Strom- und Wärmeleitfähigkeit als auch erhöhte Korrosionsbeständigkeit

Die Verwendung von metallischen Stoffen zieht seit langem Aufmerksamkeit auf sich, da sie eine Möglichkeit darstellt, auf effektive Weise sowohl Stromleitfähigkeit als auch Wärmeleitfähigkeit zu erreichen. Bis jetzt wurden jedoch Kohletrenner eingesetzt, da die passive Behandlung zum Schutz gegen Rost und Korrosion durch elektrischen Strom tendenziell einen höheren Widerstand in Metalltrennern zur Folge hatte. Um dieses hartnäckige Problem zu lösen, werden für den Honda FC Stack elektrisch hoch leitfähige Metalleinschlüsse auf einer Edelstahlbasis verteilt, die anschließend eine oxidierte Beschichtung erhält. Dadurch werden Rost und Korrosion verhindert, während gleichzeitig ein zwingender elektrischer Pfad geschaffen wird, was zu einer herausragenden Strom- und Wärmeleitfähigkeit führt.

Gestanzte Metalltrenner und eine vereinfachte Konstruktion machen den Honda FC Stack leichter und kompakter - und liefern eine Weltklasse-Leistungsdichte

Herkömmliche Brennstoffzellenelemente mit Kohletrennern erfordern unabhängige Dichtungen sowie Federscheiben und mit großen Bolzen zusammengehaltene Stützplatten, damit die Abdichtung dicht bleibt. Im Vergleich dazu besitzt der Honda FC Stack hochfeste gestanzte Metalltrenner, die 50 % dünner sind als entsprechende Kohleteile, sowie eine nach dem Baukastenprinzip hergestellte Dichtung, die dazu führt, dass die Zelleneinheit noch dünner wird und aus weniger Teilen besteht. Außerdem wird bei dieser Konstruktion die Elastizität der Metalltrenner ausgenutzt, um eine einfache Struktur zu schaffen, bei der das Brennstoffzellenelement lediglich in Platten eingeschlossen wird. Dadurch verringert sich die Anzahl der Teile um die Hälfte. Das Ergebnis ist ein leichteres und kompakteres Brennstoffzellenelement für eine hoch leistungsfähige und effiziente Einheit, die eine Weltklasse-Leistungsdichte (Verhältnis Leistung zu Volumen und Gewicht) erreicht - gegenüber früheren Brennstoffzellenelementen mehr als das Doppelte.

Modularisierung der Befeuchtereinheit und Anwendung des Baukastenprinzips auf weitere Peripherieteile machen das Brennstoffzellensystem kompakter

Um den Platz in dem Kasten für das Brennstoffzellensystem optimal zu nutzen, werden im FCX zwei Honda FC Stacks eingesetzt, die durch die Verwendung von gestanzten Metalltrennern leichter und kompakter geworden sind. Die daraus resultierende Auslegungsfreiheit wird genutzt, um eine Konstruktion des Befeuchtermoduls nach dem Baukastenprinzip zu ermöglichen. Strukturkomponenten wurden ebenfalls kombiniert, und das Baukastenprinzip wurde auf weitere Peripherieteile angewendet, um eine hoch effiziente Auslegung für das System zu schaffen und so den Kasten für das Brennstoffzellensystem kompakter zu gestalten.

Verbesserte Produktivität und Recyclingfähigkeit

Die gestanzten Metalltrennern können mit normaler Metall-Stanztechnologie geformt werden und besitzen nach dem Baukastenprinzip hergestellte Dichtungen, so dass sich die Produktionszeit erheblich verkürzt. Daraus ergibt sich eine verbesserte Produktivität. Und da Metall verwendet wird, ist ein Recycling der Einheit einfacher, was die Aussichten auf eine breite kommerzielle Einführung des Honda FC Stack weiter verbessert.

Was ist eine Brennstoffzelle?

Fahrzeuge, die weder CO₂ noch sonstige Abgase ausstoßen, werden Wirklichkeit:
das Brennstoffzellenelement erreicht die beste saubere Leistung

Das Brennstoffzellenelement des FCX ist eine PEMFC-Stromerzeugungsvorrichtung (Proton Exchange Membrane Fuel Cell, Brennstoffzelle mit Protonenaustauschmembran), in der chemische Energie mit Hilfe einer elektrochemischen Reaktion zwischen Wasserstoff (H₂) und Sauerstoff (O₂) direkt in elektrische Energie umgewandelt wird. Dies kann als Umkehrung des Prinzips der Elektrolyse betrachtet werden, bei der Wasser (H₂O) mit Hilfe eines elektrischen Stroms in Wasserstoff und Sauerstoff gespaltet wird. Honda hat ein sauberes System gebaut, mit dem bei ausreichender Versorgung mit Wasserstoff und Sauerstoff kontinuierlich Strom erzeugt werden kann. Dabei wird gleichzeitig auch Wasser erzeugt, und es entstehen weder CO₂ noch sonstige schädliche Abgase.

So wird der Strom erzeugt

· Wasserstoff wird zur Wasserstoffelektrode geleitet und dort durch eine katalytische Reaktion mit der Platinelektrode ionisiert, so dass Elektronen freigesetzt werden.

· Nach der Freisetzung der Elektronen treten die Wasserstoffionen durch eine Elektrolyse-Membran (Ionenaustausch-Membran), wo sie sich mit von der Sauerstoffelektrode (+) erzeugten Sauerstoffionen sowie mit den zuvor freigesetzten Elektronen verbinden, die über einen externen Stromkreis zugeführt werden.

· Durch diese Reaktion ensteht ein Gleichstrom, d. h. Elektrizität wird erzeugt. An der Sauerstoffelektrode wird als Nebenprodukt außerdem Wasser erzeugt, das teilweise zur Befeuchtung verwendet wird.

Struktur des Brennstoffzellenelements und Funktionen der Teile

Die Ionenaustausch-Membran besteht aus einer extrem dünnen Polymerschicht (PEM: Proton Exchange Membrane, Protonenaustauschmembran, für den Austausch von positiv geladenen Ionen). Dies Membran ist zwischen zwei Elektroden eingeschlossen (der Wasserstoffelektrode und der Sauerstoffelektrode), die wiederum zwischen Trennern eingeschlossen sind und zusammen eine Zelle bilden. Diese Zellen werden gestapelt, und wenn der in den einzelnen Zellen erzeugte Strom zusammengeführt wird, entsteht eine hohe Spannung.

MEA (Membrane Electrode Assembly, Baugruppe aus Membran und Elektroden)
Im MEA-Bereich der Brennstoffzelle findet die Reaktion statt, durch die der Strom erzeugt wird. An der Wasserstoffelektrode wird Wasserstoff (H₂) wird in Wasserstoffionen (H⁺) und Elektronen (e^-) gespaltet. Nur die Wasserstoffionen (H⁺) werden von der Elektrolyse-Membran durchgelassen, wo sie mit dem Sauerstoff (O₂) an der Sauerstoffelektrode zu Wasser (H₂O) reagieren. Währenddessen werden die abgespalteten Elektronen (e^-) durch einen externen Stromkreis geleitet, so dass elektrische Energie entsteht.

Elektrolyse-Membran (Ionenaustausch-Membran)
Die Membran besteht aus einer Polymerschicht, die bei Durchtränkung mit Wasser elektrolysiert wird, so dass sie nur noch für positiv geladene Ionen (H⁺) durchlässig ist. Sie spielt auch in den Bereichen Gasseparation und elektrische Isolierung einer Rolle.

Elektrodenschicht
In der Elektrodenschicht findet die Reoxidationsreaktion zwischen dem Wasserstoff und dem Sauerstoff statt. Ein Katalysator, der die Reaktion erleichtert, ist integriert.

Diffusionsschicht
Die Diffusionsschicht befindet sich zwischen der Elektrolyse-Membran und dem Trenner. Hier wird das Reaktionsgas gleichmäßig über die Elektrodenschicht verbreitet.

Trenner
Im Inneren der Brennstoffzelle werden Pfade benötigt, um Wasserstoff und Sauerstoff zu den entsprechenden Elektroden der MEA zu leiten. Außerdem wird bei der Reaktion, durch die der Strom erzeugt wird, auch Wärme erzeugt, so dass eine Leitung für das Kühlmedium benötigt wird. Durch den Trenner wird sichergestellt, dass all diese separaten Elemente auf den gewünschten Wegen strömen, ohne sich zu vermischen. Darüber hinaus bietet der Trenner auch einen direkten Pfad für den in der MEA erzeugten elektrischen Strom.

Honda-Eigenentwicklung: der Ultra-Kondensator -
höhere Leistung, mehr Effizienz und größere Speicherkapazität

Leistungsstärkere Antriebsunterstützung und effizientere Energierückgewinnung beim Bremsen

Honda hat eigenständig einen Ultra-Kondensator (elektrischen Zweischicht-Kondensator) mit hoher Leistung entwickelt, der als Ergänzung zur Hauptstromquelle des FCX - dem Brennstoffzellenelement - dient, um unter verschiedenen Fahrbedingungen eine stärkere Leistung zu erreichen. Der Ultra-Kondensator verbindet die für eine hohe Leistung und ein gutes Ansprechverhalten benötigte elektrische Speicherkapazität mit solider Zuverlässigkeit. Beim Verzögern und Bremsen erzeugte Energie wird gespeichert, und beim Anfahren und Beschleunigen sowie in anderen Situationen, in denen ein zusätzlicher Schub benötigt wird, ist eine leistungsstarke Antriebsunterstützung verfügbar. Der interne Widerstand des Ultra-Kondensators ist geringer als der einer Batterie. Da Elektrizität als Reaktion auf Schwankungen im Brennstoffzellenelement gespeichert und abgegeben wird, ist darüber hinaus, anders als in einem Batteriesystem, kein Wandler zur Spannungsregelung erforderlich, so dass die Leistung höher ist. Das Ergebnis sind eine verbesserte Antriebsleistung und eine höhere Systemeffizienz.

Herausragende Auf- und Entladefunktionalität

Die zuvor verwendete Aktivkohle-Elektrode wurde im Ultra-Kondensator beibehalten, während die Konstruktionskonfiguration für das gewickelte Element der Elektrode neu untersucht wurde, um die Anzahl der Wicklungen pro Elektrode zu erhöhen, ohne die Elektrode zu vergrößern. Diese erhöhte Ladungsdichte der Elektrode bedeutet eine erheblich höhere Energiespeicherkapazität, die bei Energiespeicherung und Leistung zu einer Verbesserung um 10 % gegenüber dem Vorgängermodell führt. Die Auf- und Entladefunktionalität des Ultra-Kondensators gehört zu den Besten der Welt.

(Grundlage: Honda-interne Tests)

Schema der elektrischen Auf- und Entladung in einem elektrischen Zweischicht-Kondensator

Der Kondensator ist beim Auf- und Entladen nicht auf eine chemische Reaktion angewiesen. Daher ist der interne Widerstand geringer, was eine höhere Leistung ermöglicht.

Leistungsdichte

Die Leistung der Nickel-Hydrid-Batterie ist wegen des Wärmeverlusteffekts auf rund 900 W/kg begrenzt. Der geringe Widerstand des Ultra-Kondensators ermöglicht dagegen eine wesentlich höhere Leistung. Der Ultra-Kondensator ist noch besser als sein Vorgängermodell und erreicht eine Leistungsdichte von 1750 W/kg oder mehr.

Antriebsmotor mit mehr Leistung und Drehmoment –
Ausschöpfung des Fahrpotentials bei niedrigen und hohen Drehzahlen

Technologie zur Reduzierung des Energieverlustes und eine Wärmemanagement-Konstruktion sorgen für hohe Effizienz über einen breiten Bereich und ein verbreitertes Leistungsband - dazu kommen mehr Leistung und Drehmoment

Der Antriebsmotor des FCX ist eine Weiterentwicklung und Verfeinerung der Hochleistungstechnologie, die Honda für das Elektrofahrzeug EV-Plus entwickelt hatte. Im Vorgängermodell wurde ein Magnetwiderstand-Drehmoment in Kombination mit einem verlustarmen Magnetkreislauf und voll digitaler Vektorsteuerung über den gesamten Bereich eingesetzt, um hohe Effizienz über einen breiten Leistungsbereich sowie ein verbreitertes Leistungsband zu sichern. Die Wärmeerzeugung im Rotor wurde ebenfalls gesteuert, um das Leistungsband bei hohen Drehzahlen zu verbreitern. Darüber hinaus werden im neuen Modell die herausragende Stromerzeugungsfähigkeit des Honda FC Stack und die größere Speicherkapazität des Ultra-Kondensators genutzt, um eine Höchstleistung von über 80 kW zu erreichen und so das Leistungspotential des Motors voll auszuschöpfen.

Regeltechnologie für die Wärmeerzeugung im Rotor

Als Reaktion auf stärkere Schwankungen des magnetischen Flusses im Rotor infolge des Magnetwiderstand-Drehmoments wurde eine magnetische Trennung eingesetzt, um das Auftreten von Wirbelströmen weitgehend zu unterdrücken. Stark hitzebeständige Magnete und eine für hohe Leistung geeignete Konfiguration des Magnetkreislaufs brachten einen weiteren starken Unterdrückungseffekt im Hinblick auf die Entmagnetisierung. Das Ergebnis ist ein verbreiterter Hochleistungsbereich bei hohen Drehzahlen.

Geräuschdämpfungsmaßnahmen im Antrieb verbessern die ohnehin herausragende Laufruhe des Brennstoffzellenfahrzeugs noch weiter

Da das Brennstoffzellenfahrzeug von einem Elektromotor angetrieben wird, bietet es herausragende Laufruhe - die mit einem Benzinmotor verbundenen Vibrationen oder Auspuffgeräusche treten einfach nicht auf. Zusätzlich werden im neuen FCX das Ansauggeräusch sowie Geräusche und Vibrationen in der Luftpumpe gedämpft, um ein noch ruhigeres, bequemeres Fahren zu ermöglichen als beim Vorgängermodell.

Geräuschdämpfungsmaßnahmen im Antrieb

Neue Technologien

·Massive Konstruktion im Rotor der Luftpumpe

Durch die Umstellung von einer hohlen Konstruktion auf eine massive Konstruktion im Rotor der Luftpumpe wird die Resonanzwirkung der Luftsäule unterdrückt, was zu einer Dämpfung des Ansauggeräusches führt. Der Geräuschpegel in der Fahrgastzelle verringert sich dadurch gegenüber dem Vorgängermodell um 10 dB.

·Formharz im Stator des Fahrmotors

Für den gewickelten Teil des Motorstators wird Formharz verwendet, um die Steifigkeit des Stators insgesamt zu verbessern und so Resonanzschwingungen im Motor zu dämpfen. Der Geräuschpegel in der Fahrgastzelle verringert sich dadurch gegenüber dem Vorgängermodell um 6 dB.

Technologien aus dem Vorgängermodell

·Resonatorkammer mit Schalldämpfung und nach dem Baukastenprinzip konstruiertes Ansaugmodul

Dank einer kompakten, modularen Resonatorkammer wird das ausgestrahlte Ansauggeräusch über ein breites Frequenzband unterdrückt.

·Doppelte schwingende Halterung

Die Luftpumpe und deren Rotor sind mit Gummihalterungen an Motor und Getriebe befestigt, die wiederum mit Gummihalterungen am Untergestell befestigt sind, so dass die durch die Rotation der Luftpumpe entstehenden Vibrationen bei der Übertragung auf die Karosserie in zwei Stufen gedämpft werden.

Motor und Getriebe sind leicht, kompakt und nach dem Baukastenprinzip konstruiert - mit einem einzigen festen Untersetzungsverhältnis werden die Leistungseigenschaften des Motors optimal genutzt

Mit dem einfachen, hoch effizienten Getriebe wird die Kraft durch eine zweistufige Reduktion vom Hauptgetriebe (Primärreduktion) zum Vorgelege (Sekundärreduktion) und schließlich zum Differential übertragen. Die Einheit ist für hohe Drehzahlen und hohe Leistung gebaut und wurde außerdem leichter und kompakter gemacht. Dadurch präsentiert sich der FCX im Fahren mit charakteristischer Ruhe und Leistung und bietet gleichzeitig in Bezug auf die Bauweise den Vorteil, dass eine große Heizung installiert werden kann, die zu einer verbesserten Kühlleistung beiträgt.

Der neue FCX bietet wesentlich mehr Leistung, ein stabiles, sicher wirkendes Fahrverhalten und eine erhebliche Verbesserung in der Sparsamkeit, durch die das Fahrzeug eine größere Reichweite hat. Und mit dem neu entwickelten TCS (Traction Control System) ist die Stabilität des neuen FCX sogar auf schneebedeckten Straßen deutlich erkennbar.

Dank der Kombination aus dem überlegenen Wirkungsgrad des Honda FC Stack in der Stromerzeugung und der weiter verbesserten Effizienz des Brennstoffzellensystems wird Drehmomentenergie gespart. Mit seiner herausragenden Sparsamkeit besitzt der FCX jetzt eine Reichweite von ca. 430 km.

Der neu entwickelte Honda FC Stack besitzt erheblich verbesserte Betriebseigenschaften. Der verbesserte Wirkungsgrad in der Stromerzeugung sowie die effizienteren Systeme für Luftversorgung und Wasserstoffzirkulation bedeuten bei der Drehmomentenergie eine Effizienzsteigerung um 22 % gegenüber dem Vorgängermodell. Darüber hinaus wird durch ein hoch effizientes Energiemanagement ein sparsamer Umgang mit der erzeugten Energie gewährleistet. Gleichzeitig wird durch Energierückgewinnung bei Verzögerung, durch Speicherung von Strom aus dem Brennstoffzellenelement und durch das automatische Leerlauf-Stopp-System, mit dem die Energieversorgung des Motors im Leerlauf unterbrochen wird, der Brennstoffverbrauch auf ein Minimum beschränkt. Auf diese Weise erreicht der FCX insgesamt einen Wirkungsgrad von 55 % - ungefähr doppelt so viel wie bei einem Hybridauto und dreimal so viel wie bei einem Fahrzeug mit Benzinmotor. Als Folge davon hat sich der Brennstoffverbrauch im Vergleich zum Vorgängermodell um 22 % verringert, so dass sich die Reichweite von 355 km auf ca. 430 km verlängert hat.
(Honda-interne Berechnungen, LA-4-Modus)

Die hohe Leistung des Honda FC Stack und die größere Energiekapazität des Ultra-Kondensators bringen eine erhebliche Verbesserung der Gesamtleistung.
Der neue FCX bietet drehmomentstarkes Anfahren und ruhige Beschleunigung.

Die Leistungsdichte des Honda FC Stack ist weltweit führend, und der Ultra-Kondensator bietet aufgrund seiner größeren Speicherkapazität eine leistungsstärkere Antriebsunterstützung. Im Ergebnis spricht der neue FCX schnell und leistungsstark auf jede Betätigung des Gaspedals an. Und dank einer um 20 kW gesteigerten Motorleistung kann er schnell anfahren und beschleunigen, teilweise sogar schneller als ein Auto mit Benzinmotor. Eine leistungsstarke, ruhige Beschleunigung ist bei jeder Geschwindigkeit möglich, da die drehmomentstarke Motorleistung sogar beim Beschleunigen aus einem mittleren oder hohen Geschwindigkeitsbereich erhalten bleibt.

Der FCX bietet starke Leistung sowie hervorragende Manövrierfähigkeit und Handling-Stabilität.

Als Ergänzung zu der ruhigen, starken Leistung des äußerst sparsamen Antriebs wurden das Chassis und andere Komponenten so konstruiert, dass Fahrverhalten, Stabilität und Beequemlichkeit jetzt besser sind. Vom Stadtverkehr bis zur Autobahnfahrt bietet der FCX problemloses Handling und Fahrkomfort.

· 5-gliedrige Hinterradaufhängung mit Doppel-Schwingarm

Eine dem Accord entlehnte Hinterradaufhängung bietet hervorragende Handling-Stabilität und ausgezeichneten Fahrkomfort. Außerdem wurden die Halterungen für die Aufhängung zusammen mit den Hochdruck-Wasserstofftanks und dem Untergestell nach dem Baukastenprinzip konstruiert, was zu einer effizienteren Raumnutzung und zu einem einfacheren Einbau beiträgt.

· EPS (Electronic Power Steering, elektronische Servolenkung)

Die speziell entwickelte EPS mit Zahnstangenunterstützung verbindet ein leichtes, natürliches Handling bei niedrigen Geschwindigkeiten mit solider Stabilität bei höheren Geschwindigkeiten.

· Bremsen mit elektronischer Unterdruckpumpe

Eine elektronische Unterdruckpumpe und ein elektronischer Leistungsregler bieten das richtige Maß an Bremsunterstützung. ABS mit EBD (Electronic Brake-force Distribution, elektronische Bremskraftverteilung) gehört zur Serienausstattung.

· Gewichtsverteilung 55:45 (Front:Heck)

Das Brennstoffzellensystem und andere größere Komponenten wurden optimal positioniert, um die für ein Auto mit Vorderantrieb ideale Gewichtsverteilung zwischen Front und Heck zu erreichen. Dies führt zu einer hohen Stabilität im Handling.

Das neu entwickelte motorgesteuerte Traktionskontrollsystem wurde speziell für den FCX konstruiert, um ein stabiles, sicher wirkendes Fahrverhalten sogar auf schneebedeckten Straßen und anderen rutschigen Oberflächen zu bieten.

Der neue FCX, der bei Temperaturen unter dem Gefrierpunkt gestartet werden kann, verfügt außerdem über ein neu entwickeltes Traktionskontrollsystem. Dies trägt dazu bei, sogar auf schneebedeckten Straßen und anderen rutschigen Oberflächen eine ideale Drehmomentübertragung zu gewährleisten. Mit den Radsensoren zur Überwachung der Drehgeschwindigkeit jedes einzelnen Rads wird ein Durchdrehen erkannt, und das Motordrehmoment wird von der ECU sofort entsprechend geregelt. Dank der einfachen Struktur des in den Motor integrierten Getriebes sind die mechanischen Verluste minimal. Sein überlegenes Ansprechverhalten hat die schnelle lineare Motorsteuerung des FCX ermöglicht. Darüber hinaus unterdrückt seine ruhige Beschleunigung mit genauer Radgeschwindigkeitsregelung und minimalen Unterschieden in den Drehgeschwindigkeiten der Räder das Rutschen der Reifen und sorgt für ein stabiles, sicher wirkendes Fahrverhalten.

Hochdruck-Wasserstofftanks
Zwei Hochdruck-Wasserstofftanks (350 Atmosphären) bieten reichlich Speicherkapazität.

Da der als Brennstoff verwendete Wasserstoff im Verhältnis zum Volumen eine geringe Energiedichte aufweist, muss möglichst viel Wasserstoff verfügbar sein, um eine maximale Reichweite für das Fahrzeug sicherzustellen. Um jedoch eine optimale Bauweise zu erreichen, dürfen die Brennstofftanks nur möglichst wenig Platz einnehmen. Die korrosionsbeständigen Hochdruck-Wasserstofftanks (350 Atmosphären) des FCX bestehen aus drei Schichten: einem Aluminiummantel, einer Kohlefaserschicht und einer Fiberglasschicht. Dank der zwei Tanks kann der FCX 156,6 l Brennstoff aufnehmen. Dieses große Fassungsvermögen trägt in Kombination mit dem verringerten Brennstoffverbrauch dazu bei, dass das Auto eine Reichweite von 430 km* hat. Die Betankung an einer Hochdruck-Betankungsstation dauert nur drei Minuten, so dass der Komfort mit einem Fahrzeug mit Benzinmotor vergleichbar ist.

Der mit dem Honda FC Stack ausgestattete FCX, der bei Temperaturen unter dem Gefrierpunkt gestartet werden kann, ist das erste Brennstoffzellenfahrzeug der Welt, das sowohl von der US-amerikanischen Umweltschutzbehörde (EPA) als auch vom California Air Resources Board (CARB) für den Straßenverkehr zertifiziert wurde.

Sicherheitsmaßnahmen für den Umgang mit Wasserstoff und Hochspannung im Fahrzeug

Im neuen FCX wurden überlegene Sicherheitsmaßnahmen für den Umgang mit Wasserstoff und Hochspannung getroffen.

Im FCX sind der Kasten für das Brennstoffzellensystem unter dem Boden und die Hochdruck-Wasserstofftanks unter dem Rücksitz positioniert, so dass die Fahrgastzelle gegen alle Wasserstoff- und Hochspannungsleitungen komplett isoliert ist. Wasserstoffsensoren sind überall im Fahrzeug angebracht, um für den unwahrscheinlichen Fall eines Wasserstofflecks eine Warnung zu geben. Sollte ein Wasserstoffleck in dem Kasten für das Brennstoffzellensystem auftreten, so wird ein Entlüftungssystem aktiviert, und ein automatisches Absperrsystem schließt nach Bedarf entweder die Hauptabsperrventile an den Wasserstofftanks oder Absperrventile an geeigneten Stellen der Zuleitungen. Die Hochspannungsleitungen sind elektronisch vollständig von der Erde getrennt. Im Falle einer Erdung erfolgt eine Warnung durch einen Sensor, und im Falle einer Kollision wird die Quellstromleitung durch einen Kontaktmechanismus abgeschaltet. Wiederholte Tests mit Hochwasser sowie Feuertests haben ein hohes Maß an Sicherheit und Zuverlässigkeit bestätigt.

Sicherheitsmaßnahmen für die Wasserstoffbetankung

Die Wasserstoff-Einfülldüse läßt sich fest auf den Einfüllstutzen aufsetzen, der mit einem hoch zuverlässigen Filter ausgestattet ist und über ein nach dem Baukastenprinzip konstruiertes Rückschlagventil als hervorragende Wasserstoffdichtung verfügt. Durch diese Konstruktion wird verhindert, dass sich andere Gase mit dem Wasserstoff mischen oder dass Einfülldüsen mit dem falschen Einfülldruck angeschlossen werden. Darüber hinaus wird statische Elektrizität vor dem Betanken durch ein Erdungssystem aus dem Fahrzeug abgeleitet. Bei der Sicherheitskonstruktion ist der Öffner des Füllstutzens im Inneren des Erdungsdeckels positioniert, so dass der Erdungsdeckel geöffnet werden muss, bevor der Öffner betätigt werden kann. Außerdem ist ein System vorhanden, dass ein Anfahren während der Betankung verhindert, um die Sicherheit noch weiter zu verbessern.

Karosseriekonstruktion als Schutz gegen einen Aufprall aus jeder Richtung

Neben der Integration der modernen Technologien, die Honda für alle seine Automobile entwickelt hat, wird beim Brennstoffzellenfahrzeug eine spezielle Plattform eingesetzt, um eine überlegene Kollisionssicherheit zu erreichen. Neben einem Insassenschutz gegen einen Aufprall von vorne, von den Seiten und von hinten zeigt der FCX auch beim Schutz von Brennstoffzellensystem und Hochdruck-Wasserstofftanks gegen einen Aufprall und gegen die Auswirkungen der Karosserieverformung bei einem Unfall ein herausragendes Maß an Sicherheit.

Gerades Gestell für überlegene Sicherheit

Eine gerade Konfiguration mit großem Querschnitt von der Front bis zum Boden wird durch Ausleger und durch eine bis zu den seitlichen Schwellbalken reichende Querverstrebung verstärkt. Die Front ist so konstruiert, dass ein Aufprall absorbiert wird, um bei einer Frontalkollision die Aufprallkraft in der Fahrgastzelle zu verringern. Mit den Auslegern wird ein Seitenaufprall effektiv absorbiert, so dass die Auswirkungen auf Fahrgastzelle und Brennstoffzellensystem auf ein Minimum beschränkt bleiben.

Zweistufige Konstruktion von Untergestell aus hochfestem Aluminium und Heck

Das leichte, steife Untergestell mit vorstehenden Aluminiumstreben ist durch eine zweistufige vertikale Konstruktion mit dem Heck verbunden. Ein Heckaufprall wird zunächst durch den hinteren Teil des Hecks effektiv absorbiert. Anschließend wird die Aufprallkraft durch die zweistufige Konstruktion von Untergestell und Heck zurückgehalten, um die Hochdruck-Wasserstofftanks zu schützen.

Komfort und Annehmlichkeiten speziell für den neuen FCX auf dem Weg zu einem fortschrittlichen und dennoch sehr praktischen Brennstoffzellenfahrzeug

Das Außendesign spiegelt die hoch entwickelten Merkmale des Fahrzeugs wieder und fördert ein „sauberes“ Image.

Neue Karosseriefarben

Die neuen Karosseriefarben des FCX vermitteln ein „sauberes“ Bild und lassen auf hohe Qualität schließen.

Kennzeichnung mit dem Brennstoffzellenfahrzeug-Symbol

Die Kennzeichnung mit dem Brennstoffzellenfahrzeug-Symbol bedeutet, dass in Brennstoffzellenelementen Elektrizität aus Wasserstoff erzeugt wird. Das Globus-Motiv ist Ausdruck der Umweltfreundlichkeit des Systems.

Ausgestattet mit dem „HDD Navigation System“ von Honda, mit Spracherkennung und einer Suchfunktion für Wasserstoffstationen

Der neue FCX ist mit dem modernen, multifunktionalen „HDD Navigation System“ von Honda ausgestattet, das über eine Spracherkennungsfunktion verfügt und so programmiert ist, dass die Standorte von Wasserstoffstationen angezeigt werden. InterNavi Premium Club-Dienstleistungen sind ebenfalls erhältlich. Darüber hinaus ist der neue FCX mit einem ETC-System (Electronic Toll Collection, elektronischer Mauteinzug) für Autobahnfahrten ausgestattet. Informationen zu ETC-Mautbrücken werden mit dem „HDD Navigation System“ angezeigt.

Hervorragende Heiz- und Kühlanlage für optimalen Komfort

Dank der neuen automatisierten Heizung und Klimaanlage wird im Innenraum des FCX eine ideale Temperatur aufrechterhalten, unabhängig davon, ob die Aussentemperatur bei ‑20 °C liegt oder extrem hoch ist. Die Heizung verfügt über ein Heißwasser-Heizsystem, in dem vom Brennstoffzellensystem gelieferte Elektrizität verwendet wird, während für die Klimaanlage ein Kühlkreislauf mit Inverter-gesteuertem Kompressor eingesetzt wird.

Modernes Instrumentendesign ermöglicht hervorragende Lesbarkeit und ein klares Verständnis der im Energiemanagement herrschenden Bedingungen

Die im Energiemanagement herrschenden Bedingungen werden dem Fahrer auf einem leicht verständlichen Display vermittelt, auf dem unter anderem die Leistung des Brennstoffzellenelements bei unterschiedlichen Fahrbedingungen sowie die Unterstützungsleistung und der Aufladungsstand des Ultra-Kondensators angezeigt werden. Neben einer Brennstoffstandanzeige für den Wasserstoff ist auch eine „Distance to Empty“-Anzeige vorhanden, auf der die verbleibende Fahrstrecke entsprechend dem jeweiligen Brennstoffverbrauch angegeben wird. Im unteren zentralen Bereich des Displays befinden sich ein Kilometerzähler, ein Tageskilometerzähler und eine Mehrfach-Informationsanzeige, die auf verschiedene Veränderungen im Zustand des Fahrzeugs eingestellt werden kann.

„Distance to Empty“-Anzeige

Eine Schätzung der unter den aktuellen Fahrbedingungen mindestens verbleibenden Fahrstrecke wird in Blau angezeigt. Die maximale verbleibende Fahrstrecke, die unter mit weniger Brennstoffverbrauch verbundenen Fahrbedingungen möglich wäre, wird in Weiß angezeigt.

Zusätzlich zu einer solarzellenbetriebenen Wasserstoffbetankungsstation betreibt Honda zurzeit testweise eine Home Energy Station (HES), die Wasserstoff für Brennstoffzellenfahrzeuge aus Erdgas erzeugt und gleichzeitig das Haus mit Elektrizität und Warmwasser versorgt. Dies ist Teil der laufenden Forschungsarbeit von Honda zur Entwicklung von Wasserstofferzeugungs- und Versorgungssystemen für eine Wasserstoff-basierte Gesellschaft der Zukunft.

Honda forscht schon seit langem nach Wasserstofferzeugungs- und Versorgungssystemen für eine Wasserstoff-basierte Gesellschaft der Zukunft. In der solarbetriebenen Wasserelektrolyse-Wasserstoffstation, die sich seit 2001 bei Honda R&D Americas in Torrance, Kalifornien, im Testbetrieb befindet, hat der Einsatz des in der Effizienz weltweit führenden Wasserelektrolysemoduls von Honda sowie der nächsten Solarzellengeneration von Honda Engineering dazu geführt, dass die Effizienz in der Wasserstofferzeugung weiter verbessert und die CO₂-Emissionen bei der Systemfertigung erheblich verringert werden konnten. Im Jahr 2003 begann Honda mit dem Testbetrieb einer HES (Home Energy Station), die Wasserstoff für Brennstoffzellenfahrzeuge aus Erdgas erzeugt und gleichzeitig durch Zusatzfunktionen der Brennstoffzellen das Haus mit Elektrizität und Warmwasser versorgt. Im November 2004 begann Honda in Zusammenarbeit mit dem US-Unternehmen Plug Power Inc. mit dem Betrieb einer Home Energy Station der zweiten Generation (HES II), bei der Erdgasumformer und Druckerzeugungseinheiten in einer kompakten Komponente vereint sind. Dadurch wird das Gesamtvolumen um ca. 50 % verringert. Honda arbeitet in Experimenten mit verschiedenen Systemen für Wasserstofferzeugung und ‑nutzung weiterhin an der Entwicklung von Systemen, die für eine eine Wasserstoff-basierte Gesellschaft der Zukunft benötigt werden.

Kurzbeschreibung einer solarbetriebenen Wasserelektrolyse-Wasserstoffstation

Standort:
Forschungseinrichtung von Honda R&D Americas in Los Angeles

Systemkonfiguration:
Solarbatterie, Stromwandler, Elektrolysesystem, Kompressor, Hochdruck-Wasserstofftank

Wasserstofferzeugungskapazität:
In Verbindung mit dem kommerziellen Stromnetz: max. 2 Nm³/h*.

Nur mit Solarenergie: max. 1,2 Nm³/h*

Wasserstoffspeicherkapazität:
400 l (350 Atmosphären)

Kurzbeschreibung der HES II

Standort:
Konzernzentrale von Plug Power Inc. (New York)

Systemkonfiguration:
Umformer, Verfeinerer, Brennstoffzellen, Kompressor, Hochdruck-Speichertank

Wasserstofferzeugungskapazität:
Maximal 2 Nm³/h*

Wasserstoffspeicherkapazität:
132 l

Stromerzeugungskapazität:
Über 4 kW

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