Mass flow meter voor een waterstof brandstofcel

Thermische massaflow meter met MEMS technologie voor regellus

De balans tussen betrouwbaarheid en maximaal vermogen

Het Green Team Twente ontwikkelt een auto op waterstof die mee doet in Shell’s Eco-Marathon – een race om een ultra-zuinig voertuig te ontwikkelen. De uitdaging: betrouwbaarheid. Want vorig jaar haalde de auto de finishlijn niet door oververhitte brandstofcellen. Anders waren ze een goede kanshebber in de titelstrijd, want in potentie halen ze zo’n 900 km op 1 liter brandstof. Dat hele lage verbruik vereist een goede flowmeter om het omzettingsproces nauwkeurig te sturen en inzicht te verkrijgen in verbetermogelijkheden. Daarom gebruiken ze een massaflowmeter.

Marieke Altena, Hydrogen System Engineer, Green Team Twente

“Dit jaar is ons doel om het systeem betrouwbaar te maken, maar ook waar mogelijk te winnen op efficiëntie. Met de massaflowmeter krijgen we tijdens het testen een beter inzicht in het waterstofgebruik van het systeem en de auto.”

Uitdagingen tijdens de race

Het is juni 2019 en het Green Team Twente is koortsachtig bezig om de laatste aanpassingen te doen aan haar voertuig. Bij de laatste test – een race in mei in Eindhoven – is gebleken dat het verbruik nog te hoog ligt, het bereik van de auto is 1 liter brandstof is 210km en moet in enkele weken naar 900km gebracht worden willen ze kans maken op de titel bij de Shell Eco-Marathon in Londen op 5 juli. Gelukkig lijkt het probleem relatief eenvoudig op te lossen.

Vorig jaar stond het team voor grote uitdagingen tijdens de race: het was 30°C in Londen en de brandstofcellen raakten oververhit. Bovendien had de elektronica last van interferentie. De finish werd niet gehaald en de teleurstelling was enorm, omdat de auto op papier een winnaar was.

WAAROM DE SHELL ECO-MARATHON
De race moet natuurlijk wel iets toevoegen op het ontwikkelingswerk dat autofabrikanten al doen. Dat ligt in het zoeken naar efficiëntie. Voor gewone auto’s is dat niet zo van belang, waterstof is immers een ‘groene’ brandstof, dus het maakt niet uit hoeveel je ervan gebruikt.
Maar Green Team en de Shell Eco-Marathon kijken daar anders tegenaan: waterstof wordt nog lang niet groen geproduceerd. Daarom blijft zuinig rijden voor (vele) jaren nog een aandachtspunt.
Shell daagt de wereld uit om met haar mee te denken over extreem zuinige voertuigen. Zo’n 100 teams van over de hele wereld doen mee in 2 klassen: Urban Concepts en Prototypes.

URBAN CONCEPTS KLASSE
Dit zijn auto’s die aan een aantal regels moeten voldoen die maakt dat ze meer lijken op praktisch bruikbare voertuigen. Zo moeten deze auto’s vier wielen, verlichting, knipperlichten en een ruitenwisser hebben.
De regels worden elk jaar aangepast om te zorgen dat de voertuigen steeds meer gaan lijken op “echte” auto’s. Dit jaar is bijvoorbeeld een 2e deur verplicht geworden. Mogelijk worden in volgende jaren meerdere zitplaatsen verplicht.
Sinds 2011 doet het Green Team Twente elk jaar mee in deze klasse en is al actief in zuinigheidsraces sinds 1978. Voor het team is de keuze voor deze klasse logisch: het doel van Green Team is waterstof promoten als bron voor de toekomst. De UrbanConcept klasse is daarvoor geschikt omdat het meer maatschappelijke relevantie heeft omdat het voertuig meer op huidige auto’s lijkt.
Een andere Nederlandse deelnemer in deze klasse is de Hogeschool Arnhem Nijmegen (HAN).

PROTOTYPE KLASSE
In de klasse “Prototypes” zijn veel minder strikte regels en wordt de grens van pure efficiënte opgezocht. Met als resultaat: een verbruik van circa 5000 km/liter. Het team van de TU Delft neemt hierin deel (en wordt ook door Teesing gesponsord). Er zijn geruchten dat hun team plannen heeft om in 2020 met een voertuig in de Urban Concepts klasse uit te komen.

Flowmeter controleert het proces

Destijds kon de flow van waterstof niet uitgelezen worden. Grip op het proces was nodig om de ongecontroleerde temperatuurstijging die hen fataal werd te voorkomen.
In principe verloopt het reactieproces in de brandstofcel sneller naarmate de temperatuur stijgt, maar te warm levert ook een rendementsverlies op. Het optimum ligt bij 70°C.
De oplossing ligt aan twee kanten: de flow van waterstof meten en sturen en een beter geregeld koelsysteem met een hogere capaciteit.
Er is gekozen voor een flowmeter die uitgelezen wordt via Modbus. Het team kan hiermee de mix van lucht en waterstof in de brandstofcel zeer precies regelen. Bovendien kan het team de data correleren met data van andere sensors in het systeem en daarmee bijvoorbeeld de motorsturing optimaliseren.
De brandstofcel is verder voorzien van thermokoppels om de koelbehoefte te kunnen bepalen.
Na tests in warmtekasten is het systeem onder race omstandigheden getest. Tijdens een race in Eindhoven is in mei 3 uur gereden, waarbij de temperatuur opliep tot net 70°C bij een buitentemperatuur van 25°C. En dat zonder de nieuwe ventilatoren te gebruiken.
Dat zijn goede vooruitzichten voor het echte werk en we wensen het Green Team Twente heel veel succes bij de Shell Eco-marathon in Londen!

Waterstof brandstofcel ontwikkeling

Brandstof
25g waterstof (250 km)

Zero drift: herhaalbaarheid

Topsnelheid
Circa 50 km/h

Meer informatie?

Meer informatie over onze producten of op zoek naar een oplossing op maat? Neem contact op met onze sales engineers.

NL: +31 70 413 07 00
CN: +86-(0)10-60576210
USA: +(1) 973 383 0691
TW: +886-(0)3-5600560

Of gebruik ons contact formulier

Heeft u al contact met een sales engineer? Neem rechtstreeks contact op:

Vind uw sales engineer