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Aufgabe

Energie im Tank des Wasserstoffbusses

Schwierigkeitsgrad: leichte Aufgabe

Die Firma MAN betreibt am Flughafen München Busse, die mit PEM Brennstoffzellensystemen und Elektroantrieb arbeiten. Das Brennstoffzellen-Stack liefert Spannungen von \(450-600\,\rm{V}\) und besteht aus 640 in Reihe geschaltete Einzelzellen. Angetrieben wird der Bus von zwei Elektromotoren mit je \(75\,\rm{kW}\) Leistung. Auf dem Dach befindet sich ein Druckspeicher mit \(1550\,\ell\) gasförmigen Wasserstoff bei einem Druck von \(p=250\,\rm{bar}\).

a)Berechne, in welchem Spannungsbereich eine der 640 Einzelzellen der Brennstoffzelle arbeitet.

b)Ein Liter Wasserstoff von 1 bar besitzt die chemische Energie von \(10{,}8\,\rm{kJ}\). Berechne, wie viel Energie im Wasserstofftank des Busses gespeichert ist.

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a)Da es sich um eine Reihenschaltung handelt, addieren sich die Einzelspannungen der Zellen zur Gesamtspannung. Für eine Einzelzelle ergibt sich also als untere Grenze \[\frac{450\,\rm{V}}{640}=0{,}7\,\rm{V}\]und als oberer Grenze\[\frac{600\,\rm{V}}{640}=0{,}9\,\rm{V}\] Eine Einzelzelle arbeitet also im Bereich von \(0{,}7\,\rm{V}-0{,}9\,\rm{V}\).

b)Ein Liter Wasserstoff von 250 bar hat den 250-fachen Betrag an chemischer Energie wie ein Liter Wasserstoff bei 1 bar:\[250\cdot 10{,}8\,\rm{kJ}=2{,}7\,\rm{MJ}\] Da der Tank \(1550\,\ell\) des komprimierten Wasserstoffs enthält, gilt für die gesamte chemische Energie des Tanks:\[\Delta E_{\rm{chem}}=1550\cdot 2{,}70\,\rm{MJ}=4{,}2\,\rm{GJ}\]

Grundwissen zu dieser Aufgabe

Elektrizitätslehre

Elektrische Arbeit und Leistung