Thermodynamische Analyse, Modellbildung und Simulation eines automobilen Brennstoffzellen-Antriebssystems:
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Göttingen
Cuvillier
2011
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IMAGE 1
INHALTSVERZEICHNIS
1 EINLEITUNG 1
2 STAND DER TECHNIK 6
2.1 SIMULATION 6
2.2 BRENNSTOFFZELLENSYSTEME 9
3 GRUNDLAGEN 13
3.1 HT-PEMFC-AUFBAU DES GESAMTSYSTEMS 13
3.2 HT-PEMFC-STAPEL 14
3.2.1 AUFBAU UND FUNKTIONSPRINZIP EINER HT-PEMFC 16
3.2.2 THERMODYNAMISCHE GRUNDLAGEN 18
3.3 KATHODENAUFLADUNG 2 8
3.3.1 THERMODYNAMIK DES VERDICHTERS 29
3.3.2 VERDICHTER- UND GEBLAESEARTEN 34
3.3.2.1 SCHRAUBENVERDICHTER 39
3.3.2.2 RADIALTURBOVERDICHTER 40
3.3.2.3 SPIRALLADER 42
3.3.2.4 ROOTSGEBLAESE 42
3.4 WASSERSTOFFVERSORGUNG 42
3.5 KUEHLKREISLAUF 4 4
3.6 ALTERNATIVE FAHRZEUGANTRIEBE 45
3.6.1 ELEKTROFAHRZEUGE 45
3.6.2 HYBRIDFAHRZEUGE 46
3.6.3 BRENNSTOFFZELLENFAHRZEUGE 47
3.7 ENTWICKLUNG DER BRENNSTOFFZELLENFAHRZEUGE BEI VOLKSWAGEN 4 8
3.7.1 BORA HYMOTION 1 49
3.7.2 TOURAN HYMOTION 2 50
3.7.3 TIGUAN HYMOTION 3 51
3.8 ENTWICKLUNG DER BRENNSTOFFZELLENFAHRZEUGE BEI ANDEREN HERSTELLERN 52
3.8.1 HONDA 52
3.8.2 GENERAL MOTORS 53
3.8.3 DAIMLER 54
4 SIMULATION 56
4.1 MODELLIERUNG DES SYSTEMS 56
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IMAGE 2
4.1.1 UL-KENNLINIEN DES STACKS 59
4.1.2 LUFTVERDICHTER 61
4.1.3 PURGEVENTIL 61
4.1.4 STRAHLPUMPE 62
4.1.5 REZIRKULATIONSGEBLAESE 64
4.1.6 KUEHLMITTELPUMPE 64
4.1.7 DRUCKVERLUST UEBER DEN STACK 66
4.2 OPTIMIERUNG DES SYSTEMS 66
4.2.1 EINFLUSSFAKTOREN 66
4.2.1.1 LUFTVERHAELTNIS 66
4.2.1.2 DRUCK 68
4.2.1.3 NEBENVERBRAUCHER 71
4.2.1.4 SENSITIVITAETSANALYSE 72
4.2.2 OPTIMIERUNG DER PURGESTRATEGIE 73
4.2.2.1 MESSUNG DES MASSENTRANSPORTS DER GASE DURCH DIE MEA 74
4.2.2.2 MASSENBILANZ DER GASE IN DER BRENNSTOFFZELLE 74
4.2.2.3 BESTIMMUNG DES MASSENDURCHGANGSKOEFFIZIENTEN 78
4.2.2.4 MESSUNG DER BRENNSTOFFZELLENLEISTUNG IN ABHAENGIGKEIT DER
STICKSTOFF- UND
WASSERDAMPFKONZENTRATION 79
4.2.2.5 MASSENBILANZ DER GASE IN DER BRENNSTOFFZELLE MIT DEM
ANODENREZIRKULATIONSKREISLAUF 80
4.2.2.6 ERSTELLUNG DES LPS-SIMULATIONSMODELLS 82
4.2.2.7 VALIDIERUNG DES LPS-SIMULATIONSMODELLS 82
4.2.2.8 SIMULATIONSERGEBNISSE DES HT-PEMFC-SYSTEMS 83
4.2.2.9 PRAKTISCHE EINSATZMOEGLICHKEITEN 85
4.2.3 OPTIMIERUNG DES VERDICHTERS 86
4.2.3.1 VERDICHTERAUSWAHL 88
4.2.3.2 OPTIMIERUNG AUF VERSCHIEDENE ARBEITSPUNKTE 92
4.2.3.2.1 VOLLLASTPUNKT 93
4.2.3.2.2 NEFZ 94
4.2.3.2.3 JAPAN10-15-MODE 95
4.2.3.3 AUSWERTUNG 95
4.2.4 OPTIMIERUNG DES ABGASTURBOLADERS 97
4.2.4.1 OPTIMIERUNG AUF VERSCHIEDENEN ARBEITSPUNKTEN 100
4.2.5 ERGEBNISSE 101
IMAGE 3
4.3 SYSTEMKONFIGURATIONEN 103
4.3.1 THERMISCHE BOOSTVARIANTE 103
* 4.3.2 KASKADENVARIANTE 105
4.3.3 KOMBIVARIANTE 108
4.3.4 ERGEBNISSE 110
5 DISKUSSION DER ERGEBNISSE 113
6 ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK 119
7 LITERATURVERZEICHNIS 122
8 ANHANG 127
A VERDICHTER-KENNFELDER 127
B ABBILDUNGSVERZEICHNIS 134
C TABELLENVERZEICHNIS 138
D PUBLIKATIONEN 139
E LEBENSLAUF 140
F EIDESSTATTLICHE ERKLAERUNG 141 |
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