Powertrainontwerp voor een fuel cell raceauto

Formula Zero Delft is een raceteam dat sinds 2007 racevoertuigen met een fuel cell bouwt. In dat jaar nam de stichting deel aan de eerste competitie voor waterstof karts. In de twee jaar hierna heeft het team nog twee karts gebouwd waarna de overstap naar Formula Student auto's is gemaakt. Na twee jaar in de Formula Studentcompetitie gaat het team verder opschalen naar raceauto's voor grote circuits. De toekomstplannen van het Formula Zero team zijn de directe aanleiding voor onderzoek naar po- wertrains voor fuel cell raceauto's. De kern van dit onderzoek vormt dan ook het ontwerpen van een powertrain van een fuel cell aangedreven raceauto. Daarnaast geeft het onderzoek inzicht geven in de stand van de technologie op gebied van verschillende onderdelen van powertrains. Het onderzoek is opgesplitst in een aantal onderdelen. In hoofdstuk 4 is aan de hand van component specicaties een groot aantal componenten voor fuel cell powertrains in kaart gebracht. Daarop gebaseerd is een keus gemaakt en onderbouwd om een fuel cell te combineren met ultra-capacitors. Vervolgens is onderzocht welke topologieen, zijnde de manier waarop verschillende componenten aan elkaar geschakeld worden, geschikt zijn om een fuel cell powertrain op te baseren. Op basis van maximaal vermogen, ecientie en realiseerbaarheid, is gekozen om drie verschillende scenario's meer gedetailleerd te simuleren. De DC-link topologie, een powertrain met twee omvormers en een hoogspanning DC-link en twee vormen van de fuel cell-link topologie, een powertrain met e en omvormer en een link waarvan de spanning bepaald wordt door de fuel cell. Deze worden allen beschreven in hoofdstuk 5. Met de specicaties verkregen bij het onderzoek naar componenten en aan de hand van een voor- onderzoek is een eerste schatting gemaakt van het nominale en maximale benodigd vermogen van de auto. Deze resultaten dienden als uitgangspunt van een meer gedetailleerde simulatie om verschillende topologieen te vergelijken in SIMULINK. Dit gedetailleerde model benadert de fysieke gedragingen van de powertrain door verschillende componenten apart te modelleren en te verbinden volgens de schema's van de verschillende topologieen. Uit de resultaten van de simulaties blijkt dat een fuel cell-link topologie met lage bufferspanning ongeschikt is door de zeer hoge stromen die bij piekvermogen door de omvormer moeten lopen. Dit heeft als effect dat de buer niet in staat is om maximaal opgeladen te worden als deze leeg is, dan zijn immers de stromen het hoogst. De DC-link topologie en fuel cell-link topologie met hoge bufferspanning presteren in vergelijking tot elkaar vergelijkbaar, maar door de extra massa van de DC-link topologie presteert een fuel cell link vermoedelijk beter. Uit het onderzoek volgt dat een powertrain met een 85kW fuel cell, een ultra-capacitor buffer en een fuel cell link topologie geschikt is om op verschillende circuits competitief te racen tegen raceauto's met conventionele brandstoffen. Wel is het bij een fuel cell van een vermogen van 85kW vereist om gebruik te maken van regeneratief remmen.

Subject

Fuel cell
Powertrain
Raceauto

To reference this document use:

http://resolver.tudelft.nl/uuid:8e9e35ae-369f-4417-872e-e250065f09dd

Embargo date

2012-09-08

Part of collection

Student theses

Document type

bachelor thesis

Rights

Files

PDF

Powertrainontwerp_voor_ee ... Jansen.pdf

4.38 MB

Close viewer