Project H2
Vision
Konstruktion eines der ersten wasserstoffbetriebenen Kleinflugzeuge der Welt
Innovative und zukunftsorientierte Lösungen für gegenwärtige Probleme
Emissionsfreie Luftfahrt
Aktuelles Ziel
Entwicklung eines Prototypen eines Wasserstoff-Antriebsstrangs
Testen und Evaluieren des Systems
Sammeln von Daten für nächste Projekte
Unser System
Mit über 30 Sensoren und weiteren 30 aktiven oder passiven Komponenten ist ein Brennstoffzellensystem eine komplexe Herausforderung für unser Team. Hier treffen fortgeschrittene Regelungstechnik, Thermodynamik und Fluiddynamik aufeinander. Durch die sehr spezifischen Anforderungen einer Brennstoffzelle ist es wichtig, das System immer bei seinen optimalen Punkten zu betreiben.
Nachfolgend sind einige der wichtigsten Komponenten beschrieben:
Kompressor mit Inverter
Mit einem leistungsfähigen Kompressor und einem Rückdruckventil wir die Luft auf den gewünschten Druck vor der Brennstoffzelle gebracht. Der Inverter liefert dabei dem Kompressor die nötige Hochvolt-Leistung.
Luftfilter und Schläuche
Um die Brennstoffzelle vor Schadstoffen zu schützen, wird ein Luftfilter verwendet. Die Verrohrung der Luft besteht aus flexiblen Schläuchen, welche je nach mechanischen Anschlüssen der Komponenten noch mit Übergangsteilen erweitert werden muss. Mit Schlauchschellen werden die Schläuche an den Komponenten befestigt
Sensorik
Über 30 Sensoren überwachen und kontrollieren unser System, um sämtliche Messvariablen aufzuzeichnen oder weiterzuverarbeiten. Auch für die komplexe Regelung des Systems werden präzise Sensordaten benötigt. Zu den Messgrössen zählen Druck, Temperatur, Massenfluss, Feuchtigkeit und Leitfähigkeit.
Kühlpumpe
Durch die tiefe Effizienz von Brennstoffzellen wird fast die Hälfte der Energie im Wasserstoff in Wärme umgewandelt. Daher muss unser System durch eine Pumpe und einen leistungsfähigen Wärmetauscher gekühlt werden. Je nach benötigter Kühlleistung kann die Pumpe auf dem optimalen Regelpunkt betrieben werden.
Software und Regelung
Eine selbst designte Hauptsteuereinheit übernimmt zusammen mit einem Erweiterungsmodul und einer Raspberry Pi die Auslesung, Speicherung und Weiterverarbeitung der Sensordaten. Auf der Hauptsteuereinheit werden die knapp 20 verschiedenen Aktuatoren angesteuert. Über eine Webschnittstelle können sämtliche Daten in verschiedenen Diagrammen dargestellt und jederzeit überwacht werden.
Projektverlauf
An einem sonnigen Frühlingsmorgen haben wir draussen vor dem Hangar unser Metallgerüst für den Teststand aufgebaut. Mithilfe der Aluprofile und der Nutplatten von Item können wir später sämtliche Komponenten direkt befestigen und sind trotzdem noch sehr flexibel, wenn es kleine Änderungen geben sollte.
In der längeren Zeit zwischen Prüfungsphase im Februar und Review 3 haben wir grosse Fortschritte gemacht. Der aktuelle Stand ist, dass sämtliche Komponenten im Hangar oder zumindest einmal bestellt sind und dass wir schon bald bereit sind die ersten Tests durchzuführen. Der grösste Punkt, der uns nun noch beschäftigen wird, ist die Software und die Regelung.
Die sensible Membran der Brennstoffzelle verlangt ganz genaue Werte von Temperatur, Massenstrom und Druck der Luft und des Wasserstoffs in der Brennstoffzelle. Um diese Werte zu erhalten, haben wir einen digitalen Zwilling auf Gamma Technologies erstellt, wobei dieses Modell später benutzt werden kann, um die verschiedenen Regler mithilfe von Simulink auszulegen.
Für die Regelung und Steuerung unseres Systems haben wir uns entschieden, eine eigene Hauptsteuereinheit zu entwickeln. Wir haben also angefangen auf einem professionellen Programm eine Leiterplatine auszulegen und konnten diese nach mehreren Wochen endlich in die Fertigung schicken. Die Bestückung und das Testen wird in nächster Zeit folgen.
Einer der wichtigsten Meilensteine war in unserem Fall das komplette Assembly unseres Systems in einer möglichst kompakten Form. Obwohl das System noch nicht in ein Flugzeug eingebaut wird, ist es uns trotzdem wichtig, das Ganze so kompakt wie möglich zu gestalten. Nach mehreren herausfordernden und zeitaufwendigen Iterationen sind wir glücklich über das Endresultat.
Auch im Review 2 konnten wir die Zuschauer wieder auf den aktuellen Stand des Projekts bringen. Beide Module haben seit dem letzten Review wieder viele neue Erkenntnisse gewonnen und konnten am Flugzeug und am Brennstoffzellensystem weitere theoretische oder praktische Fortschritte erzielen. Weitere Informationen sind in unserem Blogpost zu finden.
Wir sind stolz darauf zu verkünden, dass das Schweizer Unternehmen EH-Group, welches in Nyon stationiert ist, eine Partnerschaft mit uns eingegangen ist. Das junge Unternehmen produziert Brennstoffzellen und entwickelt auch komplette Systeme. So können sie uns mit ihrem Know-How bei unserem Vorhaben bestens unterstützen.
Am Freitag Morgen, dem 5. November, fand der Review 1 des neuen e-Sling Projekts statt. Die zwei Module, Wasserstoff und Flugzeug, mussten in einer je 20-minütigen Präsentation ihre Fortschritte der letzten Monate präsentieren. Anschliessend durfte von allen Anwesenden Fragen gestellt werden. Die Präsentationen fliessen schliesslich in die Endnote des Fokusprojekts ein.
Für zwei Tage besuchte eine Gruppe von Fokusstudenten von e-Sling die Wasserstoff-Expo in Bremen. Sie konnten dort wichtige Kontakte knüpfen und sich die eine oder andere Unterstützung von grösseren Industriepartnern sichern.
Über 200 Personen besuchten den RollOut des e-Sling Teams 2020/21. Darunter waren Sponsoren, Gönner, Familienmitglieder, Teammitglieder und Supporter. Nebst der grossen Enthüllung des Flugzeugs waren die Rede von Dominic Gisin und die Flugverlosung definitiv ein Highlight.
Bereits am ersten Tag des neuen Semesters sassen wir als neues Fokus-Team zusammen und hatten unsere erste Sitzung. Es wurden Aufgaben zugeteilt, Ziele formuliert und erste Strategien erläutert. Die ersten Kontakte wurden bereits geknüpft und man fühlte sich langsam richtig wohl im Team!
