Die PEM-Brennstoffzelle als alternativer PKW-Antrieb:
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|---|---|
| Format: | Thesis Book |
| Language: | German |
| Published: |
Aachen
Shaker
2005
|
| Series: | Schriftenreihe des Instituts für Fahrzeugtechnik, TU Braunschweig
8 |
| Subjects: | |
| Online Access: | Inhaltsverzeichnis |
| Physical Description: | 254 S. Ill., graph. Darst. 21 cm, 381 gr. |
| ISBN: | 383224669X |
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| adam_text | ,DIE PEM-BRENNSTOFFZELLE ALS ALTERNATIVER PKW-ANTRIEB BEIM FACHBEREICH
FUER MASCHINENBAU DER TECHNISCHEN UNIVERSITAET CAROLO-WILHELMINA ZU
BRAUNSCHWEIG ZUR ERLANGUNG DER WUERDE EINES DOKTOR-INGENIEURS (DR.-ING.)
EINGEREICHTE DISSERTATION VON: AUS (GEBURTSORT): DIPL.-ING. ANDREAS
DILDEY STADE EINGEREICHT AM: MUENDLICHE PRUEFUNG AM: BERICHTERSTATTER:
MITBERICHTERSTATTER: 08. APRIL 2005 18. JULI 2005 PROF. DR. TECHN.
REINHARD LEITHNER PROF. DR.-ING. ECKART MUELLER DIE PEM-BRENNSTOFFZELLE
ALS ALTERNATIVER PKW-ANTRIEB SEITE 3 / 254 INHALTSVERZEICHNIS 1
EINLEITUNG 15 2 AUSGANGSSITUATION (STAND DER TECHNIK) 17 2.1 EMISSIONEN
DES STRASSENVERKEHRS 19 2.1.1 ENTWICKLUNG VON PKW-BESTAND, VERBRAUCH,
FAHRLEISTUNGEN 19 2.1.2 SCHADSTOFFEMISSIONEN UND DEREN GRENZWERTE 21
2.1.3 CO 2 -EMISSIONEN 27 2.1.4 UMWELTPOLITISCHE ZIELE IN EUROPA UND
DEUTSCHLAND 28 2.2 FUNKTIONSWEISE DER BRENNSTOFFZELLE 30 2.2.1
VERSCHIEDENE TYPEN VON BRENNSTOFFZELLEN 32 2.2.2 FUNKTIONSWEISE UND
AUFBAU DER PEM-BRENNSTOFFZELLE 33 2.2.3 CHARAKTERISTISCHE MERKMALE VON
PEM-BRENNSTOFFZELLEN 35 2.2.4 VERGLEICH VON PEM-BRENNSTOFFZELLEN
VERSCHIEDENER HERSTELLER 40 2.3 DIE BRENNSTOFFZELLE ALS FAHRZEUGANTRIEB
42 2.3.1 EXISTIERENDE PROTOTYPEN UND VEROEFFENTLICHTE DATEN 44 2.3.2
VERGLEICH MIT BATTERIEFAHRZEUGEN 47 2.3.3 VORTEILE DER BRENNSTOFFZELLE
ALS FAHRZEUGANTRIEB 49 2.4 KRAFTSTOFFSPEICHERUNG IM FAHRZEUG 50 2.4.1
ENERGIEDICHTE VERSCHIEDENER KRAFTSTOFFE 51 2.4.2 WASSERSTOFFSPEICHER
(GASFOERMIG, FLUESSIG, CHEMISCH GEBUNDEN) 53 2.4.3 ENERGIEDICHTE
VERSCHIEDENER WASSERSTOFFSPEICHER 58 2.4.4 SICHERHEITSRELEVANTE
EIGENSCHAFTEN VON WASSERSTOFF 61 2.4.5 BEWERTUNG VON
WASSERSTOFFSPEICHERN UND FORSCHUNGSSCHWERPUNKTE.... 65 2.5 ERHOFFTE
UMWELTENTLASTUNG DURCH DIE BRENNSTOFFZELLENTECHNIK 68 3 ENTWICKLUNG
EINES BZ-SYSTEMS FUER EINEN FAHRZEUGANTRIEB 71 3.1 UNTERSCHEIDUNG BZ,
BZ-STACK, BZ-SYSTEM, BZ-ANTRIEB 71 3.2 AUFBAU DES BZ-STACKS 74 3.2.1
NOTWENDIGE BETRIEBSBEDINGUNGEN DES PEM BZ-STACKS 80 3.2.2 TECHNISCHE
DATEN DES BZ-STACKS 84 3.3 ZIELKONFLIKTE BEI DER ENTWICKLUNG EINES
BZ-ANTRIEBS 88 SEITE 4 / 254 DIE PEM-BRENNSTOFFCELIE ALS ALTERNATIVER
PKW-ANTRIEB 3.3.1 MOEGLICHE BETRIEBSSTRATEGIEN 91 3.3.2
SYSTEMVEREINFACHUNGEN 93 3.3.3 FESTLEGUNG DER BETRIEBSSTRATEGIE 94 3.4
BERECHNUNGEN ZUR STATIONAEREN AUSLEGUNG DES BZ-SYSTEMS 95 3.4.1
FESTLEGUNG DER BASISPARAMETER DES BZ-STACKS 96 3.4.2 DIMENSIONIERUNG DES
LH 2 -TANKES 99 3.4.3 BERECHNUNG DES LUFTMASSENSTROMES UND DER
LUFTFEUCHTE ALS F(T,P) 102 3.4.4 SCHEMATISCHE DARSTELLUNG DES
LUFTSYSTEMS 107 3.4.5 WASSERHAUSHALT DES BZ-FAHRZEUGS 107 3.4.6
AUSLEGUNG DER KUEHLKREISLAEUFE 110 3.5 FUNKTIONSWEISE DES BZ-ANTRIEBS 115
3.5.1 STARTEN DES BZ-ANTRIEBS 115 3.5.2 BETRIEB DES BZ-ANTRIEBS 117
3.5.3 HERUNTERFAHREN DES BZ-ANTRIEBS 121 3.5.4 GRENZEN DES ENTWORFENEN
BZ-ANTRIEBS 122 3.6 KONSEQUENZEN DER SYSTEMVEREINFACHUNGEN 124 4 MESS- /
SIMULATIONSERGEBNISSE BZ-STACK, BZ-SYSTEM, BZ-ANTRIEB. 125 4.1
MESSERGEBNISSE DES BZ-STACKS 125 4.1.1 STROMSPANNUNGSKURVE U /1 UND
STROMWIRKUNGSGRADKURVE R 1 1 128 4.1.2 LEISTUNG DES BZ-STACKS ABHAENGIG
VOM BETRIEBSDRUCK 131 4.1.3 KUEHLBEDARF/VERLUSTWAERME DES BZ-STACKS 132
4.2 MESSERGEBNISSE DES ELEKTRISCHEN LUFTKOMPRESSORS 134 4.3 MESSERGEBNISSE
DES BZ-SYSTEMS 137 4.3.1 TEMPERATURABHAENGIGKEITEN UND WARMLAUFVERHALTEN
137 4.3.2 AKUSTIK DES BZ-SYSTEMS 139 4.3.3 BETRIEBSZUSTAND IDLE 142
4.3.4 LASTSPRUENGE MIT BZ-STACK UND BZ-SYSTEM 144 4.4 WIRKUNGSGRAD VON
BZ-STACK, BZ-SYSTEM, BZ-ANTRIEB 146 4.5 VERBRAUCH UND WIRKUNGSGRAD IM
NEDC - *TANK-TO-WHEEL 152 4.5.1 AUFBAU DES SIMULATIONSMODELLS FUER DAS
BZ-FAHRZEUG 154 4.5.2 LEISTUNGSBEDARF EINES FAHRZEUGS -
REDUKTIONSMOEGLICHKEITEN 161 4.5.3 UNTERSCHEIDUNG VERBRAUCH UND
WIRKUNGSGRAD 163 DIE PEM-BRENNSTOFFZELLE ALS ALTERNATIVER PKW-ANTRIEB
SEITE 5 / 254 4.5.4 VERGLEICH DER ERZIELTEN WIRKUNGSGRADE / VERBRAUCHE
IM NEDC 164 4.5.5 MEHRVERBRAUCH DURCH MEHRGEWICHT IM NEDC 169 4.5.6
DISKUSSION DER WIRKUNGSGRADE UND ABSOLUTEN VERBRAUCHE IM NEDC... 172 4.6
THEORETISCHE REICHWEITE DES BZ-FAHRZEUGS 175 5 DER BZ-ANTRIEB IM
VERGLEICH ZUR VERBRENNUNGSKRAFTMASCHINE 177 5.1 ENTSTEHUNGSPROZESS H 2
UND FOSSILE KRAFTSTOFFE - *WELL-TO-TANK 179 5.2 PRIMAERENERGIEVERBRAUCH,
ENERGIEBILANZ *WELL TO WHEEL 185 5.3 ENERGIEKOSTEN DES BZ-FAHRZEUGS 190
5.4 ENERGIEKOSTEN DIESEL- UND OTTOMOTOR 193 5.5 POTENTIAL DES
BRENNSTOFFZELLENANTRIEBS 196 5.6 POTENTIAL DES VERBRENNUNGSMOTORS 201
5.7 KOMPLEXITAETS- UND GEWICHTSVERGLEICH OTTOMOTOR / BZ-ANTRIEB 205 5.8
TATSAECHLICHE UMWELTENTLASTUNG DURCH DEN BRENNSTOFFZELLENANTRIEB 207
5.8.1 PROBLEMATIK DER KRAFTSTOFFSPEICHERUNG IM FAHRZEUG 209 5.8.2
PROBLEMATIK DES PRIMAERENERGIEVERBRAUCHS 210 5.9 EINSATZMOEGLICHKEITEN
/VERMARKTUNGSFAEHIGKEIT DES BZ-FAHRZEUGS 213 6 NOTWENDIGE ENTWICKLUNGEN
ZUR EINFUEHRUNG DES BZ-ANTRIEBS 217 6.1 TECHNISCHE HERAUSFORDERUNGEN 218
6.2 INFRASTRUKTUR 224 6.3 UMWELTBEDINGTE RANDBEDINGUNGEN 226 6.4
POLITISCHE RANDBEDINGUNGEN 228 6.5 KOSTEN 229 7 ZUSAMMENFASSUNG UND
AUSBLICK 234 8 LITERATURVERZEICHNIS 237 9 ANHANG 244
|
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,DIE PEM-BRENNSTOFFZELLE ALS ALTERNATIVER PKW-ANTRIEB' BEIM FACHBEREICH
FUER MASCHINENBAU DER TECHNISCHEN UNIVERSITAET CAROLO-WILHELMINA ZU
BRAUNSCHWEIG ZUR ERLANGUNG DER WUERDE EINES DOKTOR-INGENIEURS (DR.-ING.)
EINGEREICHTE DISSERTATION VON: AUS (GEBURTSORT): DIPL.-ING. ANDREAS
DILDEY STADE EINGEREICHT AM: MUENDLICHE PRUEFUNG AM: BERICHTERSTATTER:
MITBERICHTERSTATTER: 08. APRIL 2005 18. JULI 2005 PROF. DR. TECHN.
REINHARD LEITHNER PROF. DR.-ING. ECKART MUELLER DIE PEM-BRENNSTOFFZELLE
ALS ALTERNATIVER PKW-ANTRIEB SEITE 3 / 254 INHALTSVERZEICHNIS 1
EINLEITUNG 15 2 AUSGANGSSITUATION (STAND DER TECHNIK) 17 2.1 EMISSIONEN
DES STRASSENVERKEHRS 19 2.1.1 ENTWICKLUNG VON PKW-BESTAND, VERBRAUCH,
FAHRLEISTUNGEN 19 2.1.2 SCHADSTOFFEMISSIONEN UND DEREN GRENZWERTE 21
2.1.3 CO 2 -EMISSIONEN 27 2.1.4 UMWELTPOLITISCHE ZIELE IN EUROPA UND
DEUTSCHLAND 28 2.2 FUNKTIONSWEISE DER BRENNSTOFFZELLE 30 2.2.1
VERSCHIEDENE TYPEN VON BRENNSTOFFZELLEN 32 2.2.2 FUNKTIONSWEISE UND
AUFBAU DER PEM-BRENNSTOFFZELLE 33 2.2.3 CHARAKTERISTISCHE MERKMALE VON
PEM-BRENNSTOFFZELLEN 35 2.2.4 VERGLEICH VON PEM-BRENNSTOFFZELLEN
VERSCHIEDENER HERSTELLER 40 2.3 DIE BRENNSTOFFZELLE ALS FAHRZEUGANTRIEB
42 2.3.1 EXISTIERENDE PROTOTYPEN UND VEROEFFENTLICHTE DATEN 44 2.3.2
VERGLEICH MIT BATTERIEFAHRZEUGEN 47 2.3.3 VORTEILE DER BRENNSTOFFZELLE
ALS FAHRZEUGANTRIEB 49 2.4 KRAFTSTOFFSPEICHERUNG IM FAHRZEUG 50 2.4.1
ENERGIEDICHTE VERSCHIEDENER KRAFTSTOFFE 51 2.4.2 WASSERSTOFFSPEICHER
(GASFOERMIG, FLUESSIG, CHEMISCH GEBUNDEN) 53 2.4.3 ENERGIEDICHTE
VERSCHIEDENER WASSERSTOFFSPEICHER 58 2.4.4 SICHERHEITSRELEVANTE
EIGENSCHAFTEN VON WASSERSTOFF 61 2.4.5 BEWERTUNG VON
WASSERSTOFFSPEICHERN UND FORSCHUNGSSCHWERPUNKTE. 65 2.5 ERHOFFTE
UMWELTENTLASTUNG DURCH DIE BRENNSTOFFZELLENTECHNIK 68 3 ENTWICKLUNG
EINES BZ-SYSTEMS FUER EINEN FAHRZEUGANTRIEB 71 3.1 UNTERSCHEIDUNG BZ,
BZ-STACK, BZ-SYSTEM, BZ-ANTRIEB 71 3.2 AUFBAU DES BZ-STACKS 74 3.2.1
NOTWENDIGE BETRIEBSBEDINGUNGEN DES PEM BZ-STACKS 80 3.2.2 TECHNISCHE
DATEN DES BZ-STACKS 84 3.3 ZIELKONFLIKTE BEI DER ENTWICKLUNG EINES
BZ-ANTRIEBS 88 SEITE 4 / 254 DIE PEM-BRENNSTOFFCELIE ALS ALTERNATIVER
PKW-ANTRIEB 3.3.1 MOEGLICHE BETRIEBSSTRATEGIEN 91 3.3.2
SYSTEMVEREINFACHUNGEN 93 3.3.3 FESTLEGUNG DER BETRIEBSSTRATEGIE 94 3.4
BERECHNUNGEN ZUR STATIONAEREN AUSLEGUNG DES BZ-SYSTEMS 95 3.4.1
FESTLEGUNG DER BASISPARAMETER DES BZ-STACKS 96 3.4.2 DIMENSIONIERUNG DES
LH 2 -TANKES 99 3.4.3 BERECHNUNG DES LUFTMASSENSTROMES UND DER
LUFTFEUCHTE ALS F(T,P) 102 3.4.4 SCHEMATISCHE DARSTELLUNG DES
LUFTSYSTEMS 107 3.4.5 WASSERHAUSHALT DES BZ-FAHRZEUGS 107 3.4.6
AUSLEGUNG DER KUEHLKREISLAEUFE 110 3.5 FUNKTIONSWEISE DES BZ-ANTRIEBS 115
3.5.1 STARTEN DES BZ-ANTRIEBS 115 3.5.2 BETRIEB DES BZ-ANTRIEBS 117
3.5.3 HERUNTERFAHREN DES BZ-ANTRIEBS 121 3.5.4 GRENZEN DES ENTWORFENEN
BZ-ANTRIEBS 122 3.6 KONSEQUENZEN DER SYSTEMVEREINFACHUNGEN 124 4 MESS- /
SIMULATIONSERGEBNISSE BZ-STACK, BZ-SYSTEM, BZ-ANTRIEB. 125 4.1
MESSERGEBNISSE DES BZ-STACKS 125 4.1.1 STROMSPANNUNGSKURVE U /1 UND
STROMWIRKUNGSGRADKURVE R\ 1 1 128 4.1.2 LEISTUNG DES BZ-STACKS ABHAENGIG
VOM BETRIEBSDRUCK 131 4.1.3 KUEHLBEDARF/VERLUSTWAERME DES BZ-STACKS 132
4.2 MESSERGEBNISSE DES ELEKTRISCHEN LUFTKOMPRESSORS 134 4.3 MESSERGEBNISSE
DES BZ-SYSTEMS 137 4.3.1 TEMPERATURABHAENGIGKEITEN UND WARMLAUFVERHALTEN
137 4.3.2 AKUSTIK DES BZ-SYSTEMS 139 4.3.3 BETRIEBSZUSTAND IDLE 142
4.3.4 LASTSPRUENGE MIT BZ-STACK UND BZ-SYSTEM 144 4.4 WIRKUNGSGRAD VON
BZ-STACK, BZ-SYSTEM, BZ-ANTRIEB 146 4.5 VERBRAUCH UND WIRKUNGSGRAD IM
NEDC - *TANK-TO-WHEEL" 152 4.5.1 AUFBAU DES SIMULATIONSMODELLS FUER DAS
BZ-FAHRZEUG 154 4.5.2 LEISTUNGSBEDARF EINES FAHRZEUGS -
REDUKTIONSMOEGLICHKEITEN 161 4.5.3 UNTERSCHEIDUNG VERBRAUCH UND
WIRKUNGSGRAD 163 DIE PEM-BRENNSTOFFZELLE ALS ALTERNATIVER PKW-ANTRIEB
SEITE 5 / 254 4.5.4 VERGLEICH DER ERZIELTEN WIRKUNGSGRADE / VERBRAUCHE
IM NEDC 164 4.5.5 MEHRVERBRAUCH DURCH MEHRGEWICHT IM NEDC 169 4.5.6
DISKUSSION DER WIRKUNGSGRADE UND ABSOLUTEN VERBRAUCHE IM NEDC. 172 4.6
THEORETISCHE REICHWEITE DES BZ-FAHRZEUGS 175 5 DER BZ-ANTRIEB IM
VERGLEICH ZUR VERBRENNUNGSKRAFTMASCHINE 177 5.1 ENTSTEHUNGSPROZESS H 2
UND FOSSILE KRAFTSTOFFE - *WELL-TO-TANK" 179 5.2 PRIMAERENERGIEVERBRAUCH,
ENERGIEBILANZ *WELL TO WHEEL" 185 5.3 ENERGIEKOSTEN DES BZ-FAHRZEUGS 190
5.4 ENERGIEKOSTEN DIESEL- UND OTTOMOTOR 193 5.5 POTENTIAL DES
BRENNSTOFFZELLENANTRIEBS 196 5.6 POTENTIAL DES VERBRENNUNGSMOTORS 201
5.7 KOMPLEXITAETS- UND GEWICHTSVERGLEICH OTTOMOTOR / BZ-ANTRIEB 205 5.8
TATSAECHLICHE UMWELTENTLASTUNG DURCH DEN BRENNSTOFFZELLENANTRIEB 207
5.8.1 PROBLEMATIK DER KRAFTSTOFFSPEICHERUNG IM FAHRZEUG 209 5.8.2
PROBLEMATIK DES PRIMAERENERGIEVERBRAUCHS 210 5.9 EINSATZMOEGLICHKEITEN
/VERMARKTUNGSFAEHIGKEIT DES BZ-FAHRZEUGS 213 6 NOTWENDIGE ENTWICKLUNGEN
ZUR EINFUEHRUNG DES BZ-ANTRIEBS 217 6.1 TECHNISCHE HERAUSFORDERUNGEN 218
6.2 INFRASTRUKTUR 224 6.3 UMWELTBEDINGTE RANDBEDINGUNGEN 226 6.4
POLITISCHE RANDBEDINGUNGEN 228 6.5 KOSTEN 229 7 ZUSAMMENFASSUNG UND
AUSBLICK 234 8 LITERATURVERZEICHNIS 237 9 ANHANG 244 |
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