Linde Technology - The Linde Group

Linde Technology Dezember 2004 23StaplersteuerungSystemcontrollerStickstofftankWasserstofftankN 2H 2200 barDruckmindererDruckmindererDruckminderer350 bar0,2 kg/h 20 bar 0,3 barBrennstoffzellenKatalysatorUltraCapsDCDCUmgebung24 V BatterieStaplerantriebeUmgebungsluftLuft: 60-100 m 3 /hLuftfilterKompressor0,x barLuft: 60-100 m 3 /hH 2 O: 1,8 l/hUmgebungWasserpumpeH 2 O 8 l/minca. 70°CKühlerKühlluft: 800-2500 m 3 /hBild 3: Wirkungsweise des Wasserstoff-Brennstoffzellensystemsdampf pro Stunde als „Abgas“ zu rechnen. Das ist deutlich wenigerWasserdampf, als beim Verbrennungsmotor entsteht und vonkeinerlei Schadstoffen begleitet. Abgeleitet wird der Dampf überein besonderes Abgasrohr.Der zweite Reaktionspartner Wasserstoff wird aus den parallelgeschalteten Tanks über eine zweistufige Druckminderungzu den Modulen geführt. Es liegt dann ein konstanter Arbeitsdruckauf der Wasserstoffseite der Brennstoffzelle. Es ist erforderlich,die Wasserstoffseite regelmäßig durchzuspülen. Zurgefahrlosen Reaktion des Wasserstoffs erfolgt die Ableitung übereinen katalytischen Nachbrenner. Hier erfolgt ein definiertes Oxidierendes Wasserstoffs. Nach heutigem Stand der Technik gehendabei ca. 3 Prozent des Wasserstoffs ungenutzt durch die Module.Das dritte Medium ist Stickstoff. Dies stellt ein Sicherheitselementdar, das den gefahrlosen Inneneinsatz ermöglicht. Beijedem Abschalten des Systems wird ein kurzer automatischerSpülvorgang eingeleitet, der den verbliebenen Wasserstoff ausden Modulen entfernt. Ohne diesen Spülvorgang würde beimAbstellen der Brennstoffzellen eine Restmenge Wasserstoff inden Zellen verbleiben. Dieser würde mit dem vorhandenen Sauerstoffzu Wasser reagieren. Es würde sich dann eine bis zu 1 bargroße Druckdifferenz zwischen der Wasserstoffseite und derLuftseite ergeben, was zu einer mechanischen Belastung für dieMembran führen würde, was die Lebensdauer des Systems verkürzenwürde. Mit dem Ziel, bis zu 20.000 Betriebsstunden zuerreichen, ist hier der sichere, aber auch aufwendigere Weg mitStickstoff beschritten worden. Dies ist auch für den Betrieb desStaplers aus Sicherheitsgründen der richtige Weg, denn geplantist als Einsatzort und auch Abstellplatz eine normale, konstruktivnicht speziell angepasste Halle.Die Kühlung der Zellen übernimmt ein Kreislauf mit deionisiertemWasser. Dieses Medium hat einige Vorteile: Zum einengibt es damit keine elektrischen Querströme in den Zellen, weildie einzelnen Zellenplatten nicht isoliert vom Kühlmedium aufgebautsind, zum anderen ist der Druckabfall in den Modulen geringerals bei einem frostfesten Wasserglykolgemisch. Damit kanneine elektrische Wasserpumpe mit geringer Leistung verwendetwerden. Die Wärme wird über einen Edelstahlkühler mit integriertemVentilator bedarfsgeregelt abgeführt. Ausgelegt ist dieserKreislauf auf eine mittlere Verlustleistung von ca. 13 kW.Der elektrische Ausgang entspricht dem der Bleibatterie: einSteckverbinder mit zwei Klemmen mit 80 V bei der Bemessungsleistungvon 18 kW und einer Spitzenleistung bis 38 kW. Je nachBelastung des Systems oder Rückspeisung liegt die Spannung imBereich zwischen 72 und 110 V. Weitere Spannungen (24 V oder12 V) werden über DC/DC-Wandler erzeugt. Neben der Fahrzeugsteuerungist für das komplette Brennstoffzellensystem eineseparate Steuerung vorhanden.Anforderungen aus der LogistikDie hohe Dynamik logistischer Abläufe stellt besondere Anforderungenan die Systemeigenschaften und das Systemverhaltender Brennstoffzelle des Staplers. Stapler müssen auf Belastungssprüngereagieren können, wodurch die elektrischen und elektronischenBaugruppen und Teile hoch beansprucht werden. EinSimulationsmodell hat die Auslegung und den Wissensaufbauüber die Zusammenhänge effizient unterstützt (Bild 3). Insbesonderedas Zusammenschalten der Kondensatoren (Ultra Caps)mit den langsamen Brennstoffzellenmodulen, um quasi unverzögerterhöhte Leistung für Belastungsspitzen abrufen zu können,erfordert ein detailliertes Wissen über die Leistungsprofile derelektrischen Antriebe im Stapler.