Entwicklung eines mobilen Magnesiumhydrid-Stromgenerators (eBook)

Titelseite 7
Impressum 8
Inhaltsverzeichnis 13
1 Einleitung und Motivation 21
1.1 Entwicklungsstand 24
1.2 Aufgabenstellung 26
2 Grundlagen und Definitionen 27
2.1 Hydrolyse 27
2.1.1 Chemische Reaktion von Wasser mit Magnesiumhydrid-Paste 27
2.1.2 Vorteile von Magnesiumhydrid für die Hydrolyse 29
2.2 Wasserstoffversprödung 31
2.3 Steuerung 32
2.4 Regelung 33
2.5 Bus-Systeme 34
2.6 Begriffsklärung Elektrofahrrad 37
2.7 Gesetzliche Rahmenbedingungen und Normen 38
2.7.1 Anforderungen und Prüfverfahren an Fahrräder 39
2.7.2 Sicherheitstechnische Festlegungen für Pedelecs 39
2.7.3 Maschinenrichtlinie / CE-Konformitätskennzeichnung 39
2.7.4 Typgenehmigung 40
2.7.5 Druckgeräterichtlinie 41
2.7.6 Schutzarten (IP-Code) 42
2.8 Technologie-Reifegrade 44
3 Entwicklung Technologie-Reifegrad 4 47
3.1 Grundsätzlicher Aufbau 49
3.2 Mechatronische Iteration 49
3.3 Druck-Regelung 51
4 Leistungsberechnung Transport-Fahrrad 53
4.1 Leistungsberechnung 1 - Fahren auf gerader Strecke 56
4.2 Leistungsberechnung 2 - Fahren an einer Steigung 57
4.3 Leistungsberechnung 3 - Beschleunigungsvorgang 60
5 Konstruktive Entwicklung eines mobilen Stromgenerators 63
5.1 Anforderungen 65
5.1.1 Anforderungsliste für den Stromgenerator 66
5.1.2 Abstrahierte Aufgabenstellung 70
5.2 Funktionsstruktur 70
5.3 Kombinationsmethodik und Variantenbildung 72
5.3.1 Bewertung der Lösungsideen 79
5.3.2 Variantenbildung 87
5.3.3 Variantenauswahl 89
6 Entwicklung Technologie-Reifegrad 5 93
6.1 Auswahl und Dimensionierung der Bauelemente 95
6.1.1 Pastenspeicher 95
6.1.2 Linearantrieb 96
6.1.3 Düse für pastöses Medium 97
6.1.4 Wassertank 99
6.1.5 Membranpumpe 100
6.1.6 Reaktor 102
6.1.7 Rückflusskühler 104
6.1.8 Gasverteiler 105
6.1.9 Brennstoffzelle 106
6.1.10 Pufferbatterie 106
6.1.11 Gehäuse 109
6.2 Mikrorechentechnik 113
6.2.1 Mikrocontroller 113
6.2.2 Pasten-Schrittmotortreiber 114
6.2.3 Drucksensor 114
6.2.4 Stromsensor 116
6.2.5 Protoshield 117
6.3 Leistungselektronik 118
6.4 Software 119
6.4.1 Programmablauf 119
6.4.2 Kaskaden-Regelung 122
7 Verwertungsmöglichkeiten 123
8 Zusammenfassung und Ausblick 127
Literatur 131
A Anhang 139
A.1 Systemfließbild 139
A.2 Konstruktionszeichnungen des TRL4-Demonstrators 140
A.3 Pinbelegung Kabelbaum des TRL4-Demonstrators 147
A.4 Brennstoffzellenstack-Temperatursensor KTY 11-5 149
A.5 Quellcode Genuino Mega 2560 des TRL4-Demonstrators 152
A.6 Lösungsbewertung zur Variantenauswahl (KEP) 175