Need help?

Hybride waterstof trekker in schaal 1:14

Hydrogen truck 16
Author: Paul de Groot

Inleiding

Misschien heeft u mij wel eens op een stand zien staan met de verschillende producten van Horizon Educational (www.horizoneducational.com) en de hybride waterstof aangedreven RC gestuurde model racewagen in schaal 1:10. 

Met deze 1:10 modelauto’s worden sinds 2018 ook wedstrijden georganiseerd in Nederland en met succes. Begonnen we in 2018 met 2 onderwijsinstellingen en 4 teams, vandaag hebben zich 18 onderwijsinstellingen ingeschreven met ruim 30 teams. Ook internationaal doen de wedstrijden het zeer goed als je bekijkt dat de race in 5 jaar tijd is uitgegroeid naar 12 landen met 500 teams en ruim 3.000 studenten. Toen Nederland in 2016 instapte in deze mooie Challenge voor studenten VMBO, MBO, HBO en Technacia werd het de Hydrogen Horizon Automotive Challenge genoemd, dat veranderde in 2019 naar Horizon Grand Prix (https://www.youtube.com/watch?v=ETpK5tPY63U). In 2020 werd besloten om toch weer de nadruk te leggen op waterstof en dus werd het de Horizon Hydrogen Grand Prix. 

H2GP Picture

Studenten bouwen in de loop van het jaar (september t/m maart) een RC gestuurde elektrische modelauto om naar een hybride waterstof auto. Daarmee worden dan in april/mei de wedstrijden gereden, waarbij de teams gebruik mogen maken van een voorgeschreven vermogen (mAh) en een bepaalde hoeveelheid waterstofgas (liters). De voorronden duren 2 of 4 uur, terwijl het NK en de World Final 6 uren duren. Wie na die tijd nog rijdend over de finish komt is de winnaar. Verder zijn er prijzen voor de beste innovatie, de zuinigste auto, de teamspirit, de mooiste carrosserie en de beste presentatie overall.

Rules car-NL

Een Nederlands kampioen mag dan naar de World Final, waar landen als Amerika, Rusland, Polen, Tsjechië, Bulgarije, België, Frankrijk, Duitsland, Zwitserland, Verenigde Emiraten, Slowakije en Nederland aan mee doen. In 2020 en 2021 werden de wedstrijden niet verreden als gevolg van de pandemie.

Hyzon motors

Hyzon Truck

De CEO van Horizon Fuel Cell Technologies in Singapore heeft in 2020 samen met anderen de firma Hyzon Motors opgericht. Deze firma gaat specifiek waterstof vrachtwagens bouwen met, hoe kan het ook anders Horizon Fuel Cells en heeft daarvoor ook een samenwerking afgesloten met Holthausen Clean Technologie in Hoogezand, om daar ook hybride vrachtwagens te bouwen. Vanaf 2022 zullen er jaarlijks 2.000 hybride waterstof aangedreven vrachtwagens uit de fabriek in Winschoten rollen.

Hierdoor nam de CEO van Hyzon Motors contact op met Horizon Educational met de vraag of het niet mogelijk zou kunnen zijn om een model truck Challenge te ontwikkelen met hybride RC gestuurde  model vrachtwagens. Dat was voor het hoofdkantoor van Horizon Educational de aanleiding om mij te vragen een schaalmodel van een truck om te bouwen naar een hybride model vrachtwagen. Een werknemer van Horizon Educational, die ook de Challenge voor de Horizon Hydrogen Grand Prix ontwikkelde gaat zich bezig houden met de voorwaarden voor een truck Challenge. 

Natuurlijk nam ik als rasechte modelbouwer deze uitdaging aan en struinde ik het internet af naar een geschikte schaal voor het inbouwen van een brandstofcel. Nu is de 30 W brandstofcel, zoals die door Horizon Educational op de markt wordt gebracht redelijk groot (14 X 6,5 X 3,5) en dus mag de trekker niet al te klein zijn. Daarnaast is er nog een stuk elektronica, minimaal 2 hydrostiks (normaal aan elke zijde 1) en zijn er nog twee drukregelaars.

Met de ontwikkelaar van de Challenge werd afgesproken dat er een truck race gehouden gaat worden en dat er een lading moet worden getransporteerd. Dus het voertuig moet een trekker zijn.

Het is vrij eenvoudig de brandstofcel in te bouwen in een Amerikaanse truck, die meestal wel beschikt over een extra slaapruimte achter de cabine. In Europa kom je deze bijna niet tegen, dus moet daar wel een oplossing voor gevonden worden.

Tamyia

De speurtocht op internet leidde uiteindelijk naar Tamiya met fantastische modellen in schaal 1:14. Uiteindelijk werd besloten een MAN TGX 26.540 aan te schaffen bij Conrad (www.conrad.nl). Na aankomst van het bouwpakket werd begonnen deze in elkaar te zetten. Dit had ik nog nooit eerder gedaan en eigenlijk schrok ik wel een beetje van het boekwerk en het aantal onderdelen. Nadat alle pagina’s van het boekwerk waren gekopieerd werd begonnen met het monteren van de onderdelen. Al snel kwam ik erachter dat het heel verstandig was geweest het boekje te kopiëren, want nu kan ik telkens een bladzijde nemen, de juiste onderdelen uitzoeken en de correcte boutjes, moertjes, sluitringen, etc. op de juiste plaats leggen. Daarna kan de montage beginnen van het frame met de assen en de servo’s. Er zijn er twee, een voor het sturen en een voor de versnellingsbak. Deze laatste laat ik voor mijn situatie voorlopig even weg. De servo werd wel op zijn plaats gemonteerd, maar verder niet aangesloten. Nadat het frame geheel gemonteerd was kon ik eindelijk beginnen met het opbouwen van de cabine. 

Tamyia truck
Hydrogen truck 2
Hydrogen truck 3
Hydrogen truck 4

Brandstofcel

Eerst werd een groot deel van de cabine gemonteerd, waardoor ik enig idee kreeg hoe en waar ik de brandstofcel zou kunnen monteren. 

H-Cell

Op het dak van de cabine wordt een spioler gemonteerd, waardoor er ruimte ontstaat tussen het cabine dak en de spioler, een mooie plaats voor de brandstofcel. Maar ja aan beide zijkanten van de brandstofcel worden de hydrostiks (waterstofhouders) geplaatst en om nu telkens de hele cabine te demonteren voor het wisselen van deze gashouders heeft geen enkele zin. Bovendien is er dan te weinig ruimte. Hier zal ik in een later stadium een oplossing voor moeten bedenken. ...

Hydrogen truck 5
Hydrogen truck 6

Bij een bouwmarkt werd een hoekprofieltje gekocht van aluminium, die als dragers voor de brandstofcel gaan dienen. Deze werden op maat afgezaagd en op de juiste plaatsen van gaatjes voorzien. Hierna werd een gat in het cabine dak gezaagd op de maten van de brandstofcel. De hoekprofieltjes werden daarna aan de brandstofcel bevestigd en het geheel met de ventilatoren naar beneden in de cabine geplaatst. Wanneer je dat andersom zou doen, kan je door de ramen van de cabine niet zien of de blauwe LED’s van de brandstofcel aangaan.

Hydrogen truck 7
Hydrogen truck 8

De elektronica van de brandstofcel moet ook in de cabine worden geplaatst, doch wanneer het doosje eromheen zit past het niet achter de stoelen in de cabine. Hiervoor werd het doosje van de elektronica verwijderd, wat ook betekende dat de aan/uit schakelaar voor de brandstofcel moest worden verwijderd. De brandstofcel wordt los van de auto aan- en uitgezet. De schakelaar voor de brandstofcel werd zodanig geplaatst dat deze in de nabijheid van de aan/uit schakelaar van de auto zit. In eerste instantie had ik de rode en groene LED van de elektronica niet naar buiten gebracht, wat later bij het testrijden een nadeel was. Na de eerste testrit met waterstof bouwde ik de beide LED’s ook uit en gaf ik ze een plaats aan de boven/achterzijde van de cabine. 

Hydrogen truck 9

Geen LED aan: controleer de connecties, zowel elektrisch als de waterstofslangen

Groene LED aan, rode LED uit: alles in orde

Tijdens het rijden: Rode en groene LED knipperen: Batterij leeg

Rode LED aan en groene LED knippert: te lage bedrijfstemperatuur (+5 - + 40° C).

Rode LED aan en groene LED uit: spanning brandstofcel te laag, (lege hydrostik)

Bij aanzetten brandstofcel: Rode LED aan en groene LED uit: spanning brandstofcel te laag, (lege hydrostik, losse slang)

Rode LED knippert en groene LED aan: batterij leeg of defect

Rode LED knippert en groene LED uit: batterij leeg of de verbinding tussen brandstofcel en batterij is slecht.

Nu de brandstofcel en de elektronica hun plaats hebben gekregen, evenals de aan/uit schakelaar moest er een plek gezocht worden voor de twee hydrostiks. 

Hydrogen truck 10
Hydrogen truck 11

Deze hydrostiks worden in de bijgevoegde drukregelaars geschroefd voor een goede werking van de brandstofcel. Let wel elke hydrostik heeft 10 liter waterstofgas onder een druk van 30 bar. Deze drukregelaars moeten dus ergens aan de buitenzijde van de cabine worden geplaatst, waarna de siliconen slangen naar de brandstofcel moeten worden geleid. Aan de achterzijde van de cabine is veel ruimte, maar de vraag was wel: “Heeft een oplegger dan nog voldoende ruimte?”. Gelukkig is die er, want op het chassis is geen ruimte te vinden. Met behulp van twee gereedschapsklemmen kon ik de drukregelaars vastzetten aan de achterzijde van de cabine. Het voertuig was nu geheel compleet en konden de ramen worden gemonteerd. Nu alleen nog de gehele cabine vastzetten op het chassis en alles is rijvaardig.

Waterstof

Voor degenen die het nog niet kennen: waterstof is het eerste element in ons periodiek systeem H en weegt 0,09 kg/m3 bij 0° C en 1 atmosfeer. Het waterstof wordt gemaakt met behulp van een elektrolyzer, die door Horizon Educational op de markt wordt gebracht als Hydrofill Pro. Dit apparaat zet gedemineraliseerd water om in waterstof en zuurstof. Het zuurstof verdwijnt in de lucht, terwijl het waterstofgas onder een druk van 30 bar in de Hydrostik wordt geperst. Deze Hydrostik bestaat uit een metaalfilm waar het waterstof zich aan hecht en kan zo ca. 10 liter waterstof opslaan. Met ca. 10 ml gedemineraliseerd water is ongeveer 100 liter waterstof te maken. Vaak krijg ik de vraag of ze dan wel veilig zijn. Wel ze zijn heel veilig, je mag er zelfs twee meenemen in de handbagage van het vliegtuig mits je dit vooraf kenbaar maakt bij zowel de luchtvaartmaatschappij als de douane.

 

Hydrogen truck 12
Hyrogen truck 13

TESTEN

Voor de testen kocht ik eerst nog eens drie LiPo batterijen van 2.400 mAh die elk een nummer kregen. Voor de waterstof canules nam ik er zes die in sets van 2 werden genummerd. Dus batterij 1 heeft twee hydrostiks nummer 1. Voor de goede orde moet nog worden gezegd dat de brandstofcel 377 gram weegt, de elektronica 141 gram, elke volle hydrostik 95 gram en de drukregelaars wegen elk 29 gram. De auto heeft dus in totaal 766 gram extra gewicht.  Voor de eerste drie testen werd de brandstofcel volledig afgesloten en werd er alleen gereden op de accu. Gemiddeld werd ca. 2.500 meter gehaald op een buiten rit (zie kaart). Hierna werd de brandstofcel aangesloten en kon worden begonnen met het testen van de trekker zonder aanhanger. Gemiddeld werd een afstand gehaald van 4.200 meter. In het begin sprak ik al over een hybride waterstofauto. Uit het voorgaande blijkt al dat we niet zonder batterij kunnen. Deze is vooral nodig voor het omhoog houden van de brandstofcel. Bij het aanschakelen van de brandstofcel gaat deze ongeacht het gebruik, waterstof omzetten naar elektriciteit. De zuurstof wordt uit de lucht gehaald. Deze wordt op dat moment niet gebruikt, want de auto staat nog stil. Nu zal deze stroom de batterij bijladen, waardoor nagenoeg geen verlies optreedt. Gaan we nu versnellen, dan zal de batterij de brandstofcel even helpen om het momentum te verkrijgen, waarna de elektronica de geproduceerde elektriciteit zal verdelen over de aandrijving en het opladen van de batterij. Gaan we verder versnellen dan zal de batterij weer even bijspringen om de versnelling te bewerkstelligen. Het is dus zaak om zo constant mogelijk te rijden. In het echt is daar de cruise controle een uitstekend middel voor. 

Nadat deze testen naar behoren waren afgerond moest er een wedstrijd oplegger komen. Deze werd gevonden bij Wetronic (www.wetronic.nl) . Na de bouw van de oplegger kon deze worden gekoppeld aan de trekker en werden er weer 3 testen gereden, allen met werkende brandstofcel. De gemiddelde afstand bedroeg 2.800 meter. De aanhanger meet 990 x 195 x 300 en weegt 4.600 gram. 

Een test zonder brandstofcel werd niet uitgevoerd, want het is wel duidelijk dat ondanks het gewicht van de oplegger de afstand nog steeds hoger is alleen op de batterij zonder oplegger.

Ook de testen van het vervoeren van de payload van 8 kg lood gaven aan dat de hybride vrachtwagen, nu ook nog prima functioneert. Zo werden afstanden bereikt van ruim 2.400 meter. Hierbij moeten we ons er wel rekenschap van geven dat het totale gewicht dat aangekoppeld is nu al 4.600 + 8.000 = 12.600 gram is, dus ruim 12 kg. 

Hydrogen truck 14

Challenge

Voor de Challenge gaan op dit moment de gedachten uit naar een korte 2 uur durende race met een gespecificeerde hoeveelheid waterstof en ampères op een vooruit uitgezet circuit. Daarna wordt wederom met een gespecificeerde hoeveelheid waterstof en ampères een vooraf gespecificeerde lading getransporteerd, waarna ook nog eens een test gedaan kan worden met verschillende ladingen, waarbij de rijafstand zal worden gehonoreerd. Tenslotte zullen de studenten een circuit moeten afleggen om hun behendigheid te tonen. Met andere woorden: “Voor elk wat wils”.  De eerste testen voor deze Challenge hopen we in september 2021 te kunnen beginnen, mits Covid-19 ons dat toestaat in Nederland, tijdens de Nederlands Kampioenschappen Horizon Hydrogen Grand Prix of tijdens de World Final van de Horizon Hydrogen Grand Prix. Inmiddels is ook de naam van de Challenge vastgelegd en gaat H2TRUX heten. Ook zijn we op dit moment samen met Alles over Waterstof en het Summa College in Helmond begonnen met een pilot om een drone met waterstof te laten vliegen, waarbij we natuurlijk met name moeten gaan kijken of we voldoende energie over houden om de extra payload van de brandstofcel kunnen overbruggen, waardoor de vliegtijd van de drone langer wordt dan de gebruikelijke 30 minuten.

Hydrogen truck 15
Hydrogen truck 16
Hydrogen truck 1
Loading ...