Z4: Wasserstoffantrieb
Wasserstoffantriebssysteme in Fahrzeugen (PW/NF)
Wasserstoffantriebssysteme in Fahrzeugen (PW/NF)
Kartei Details
| Karten | 27 |
|---|---|
| Sprache | Deutsch |
| Kategorie | Mechatronik |
| Stufe | Andere |
| Erstellt / Aktualisiert | 16.12.2024 / 01.03.2025 |
| Weblink |
https://card2brain.ch/box/20241216_z4_wasserstoffantrieb
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Was sind die Eigenschaften von Wasserstoff??
- 1 Proton, 1 Elektron, kein Neutron
- Leichtestes Element im Periodensystem, Ordnungszahl 1
- Farb- und geruchlos
Zu wieviel Prozent kommt Wasserstoff auf der Erdkruste vor?
ca. 50%, häufigstes Element
Wie ist der Zündbereich und Temperatur von H2?
Zündbereich: 4 - 77%
Zündtemepratur: 560 Grad
Wie ist die Energiedichte von H2?
- 33.3 kWh/kg = höchste gravimetrische Energiedichte
- 3 kWh/ = 1/3 volumetrische Energiedichte gegenüber Erdgas
Was ist grüner Wasserstoff?
Elektrolyse von Wasser, wobei ausschliesslich erneuerbare Energien zum Einsatz kommen.
Was ist grauer Wasserstoff?
Wird aus fossilen Brennstoffen gewonnen. I.d.R. wird Erdgas unter Hitze in H2 und CO2 umgewandelt. CO2 anschliessend in Umwelt abgegeben.
Was ist blauer Wasserstoff?
Blauer Wasserstoff ist grauer Wasserstoff, dessen CO2 bei der Entstehung jedoch abgeschieden und gespeichert wird.
Was ist türkiser Wasserstoff?
Thermische Spaltung von Methan (CH4). CO2 entsteht als Feststoff. Voraussetzung ist Wärmeversorgung aus erneuerbaren Energien.
Was sind die Vorteile des FC-Antriebes?
- Lokal emissionsfrei
- Gegenüber BEV dauert tanken weniger lang
- Kleinere Batterie = leichter
Was sind die Nachteile von FC Fahrzeugen?
- Teure Brennstoffzelle
- Reichweite beschränkt aufgrund der volumetrischen Energiedichte
- Leistung begrenzt durch die FC
- Tankstellen Netz sehr dürftig
Wie ist der Wirkungsgrad von Brennstoffzelle und H2 als Brennstoff? Well to Wheel im Vergleich zum BEV
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Wie ist der Wirkungsgrad der FC von Well to Wheel?
- Elektrolyse ca. 55%
- FC max. 60% (unter Last 40%)
Wie funktioniert die Betankung von H2?
- NFZ: ca. 15-20min, nicht vorgekühlt, 350 Bar
- PW: ca. 3-5 min, muss vorgekühlt werden -40 Grad, 700 Bar
- IR-Kommunikation zwischen Fahrzeug und PW besser da schneller Tanken möglich (Druck und Temperatur)
Wie steht es um Emissionen bei H2-Motoren?
- Wasserdampf
- Kein CO2, keine HC
- Nox sind vorhanden bei hohen Drücken und Temperaturen
Erkläre das Zusammenspiel der Brennstoffzelle mit Batterie und Motor im PW anhand eines Bildes?
Welche Drücke herrschen im PW?
- Tank 700 Bar
- Wasserstoffversorgungssystem 10 Bar
- Brennstoffzelle 0.5 - 3 Bar
Funktionsweise Brennstoffzelle (FC)?
FC besteht aus einer Anode und Kathode, sowie Elektrolyt und einer Polymer-Elektrolyt-Membran (PEM).
Eigentlich umgekehrt der Elektrolyse. H2 kommt in die FC, wird dort aufgespalten, wobei 1 H über die Anode zur Katode wandert, das andere H durch die Membrane auf die andre Seite wandert. Auf Katoden Seite wird Sauerstoff zugeführt welches sich mit H verbindet und als H2O (Wasserdampf) ausgeschieden wird.
Wie hoch ist die Zellspannung?
Unter Leerlauf 1.2 V
Und Last ca. 0.9 V
Was für eine Betriebstemperatur hat die FC?
60 - 80° C
Wer darf an FC Fahrzeugen arbeiten?
Nur ordnungsgemäss ausgebildetes und geschultes Personal dürfen Gasprüfungen an geeigneten Arbeitsplätzen und Einrichtungen (siehe EKAS-Richtlinien, SUVA, AGVS, auto-schweiz) durchführen.
Wo stehen die Informationen zu den verbauten Gastanks?
Werden direkt im FZ-Ausweis eingetragen, kein Wartungsdokument vorhanden.
Wer ist für die Nachprüffristen verantwortlich? Und wie sind die Intervalle?
- Der Fahrzeughalter
- H2 Behälter (20 Jahre, aktuell 15 Jahre)
- Angaben zu Tanks sowie Prüfintervalle sind im FZ-Ausweis
Wie wird Wasserstoff gelagert?
- Sehr kalt (-253 Grad und 16.5 Bar)
- Oder Hohem Druck (350 bzw. 700 Bar, 20 Grad)
Was für Tanks werden verbaut?
Composit-Tanks Typ 3 oder Typ 4
Wie erfolgt die Tankprüfung?
- Optisch
- Nach Unfall sollten diese geröntgt werden
Was ist beim Betrieb von H2 Fahrzeugen zu beachten?
- Keine H2-Komponenten im Fahrzeug
- Daher Sensoren nur ausserhalb und Motorraum
- Spezielles Kühlmittel, welche nicht elektrisch leiten
Wichtiges über die Brennstoffzelle
- FC ist Umkehrfunktion der Elektrolyse
- Im PW hat sich PEM (Polymer Elekrolyt Membrane) bewährt
- Betriebstemperatur 60 - 80 Grad
- Bestwert 65% bei 1/3 Last, bei max Last sinkt unter 40%, darum Batterie als Zwischenspeicher
- O2 aus Umgebungsluft mittels Kompressor 0.5-3 Bar
- Luft muss befeuchtet und gereinigt sein
- Wasserdampfauslass thermisch überwacht, um Eisbildung im Auspuff zu vermeiden
- Eine FC kann ca. 100kW erzeugen
- Stack zusammengepresst mit ca. 370-440 Zellen
- Spannung ca. 250 - 440V
- 100km = 9l Wasser aus kalten Verbrennung
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