FCREEV - Fuel Cell Range Extended Vehicle · Plattform: 7.5 t LKW von Smith Electric Vehicles...

Proton Motor Fuel Cell GmbHBenzstraße 782178 PuchheimGermany

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FCREEV - Fuel Cell Range Extended Vehicle

…best of both worlds…

Thomas Wannemacher - e-Monday - 20.11.2017

Überblick

2

1. Die Firma Proton Motor

2. mobile Aktivitäten bei PM

3. HyRange® Systeme

4. FCREEV

5. Fahrzeug-Design

6. Betrieb

7. Zusammenfassung

Proton Motor Fuel Cell GmbH

3

Proton Motor Fuel Cell GmbH bietet nachhaltige Lösungen für eine saubere Energieversorgung …

…als weltweit führender deutscher Hersteller von Brennstoffzellenstacks und -Systemen für

mobile, stationäre and maritime Anwendungen…

▪ 1994: Start der Brennstoffzellenentwicklung

▪ 1998: Ausgründung der Proton Motor Fuel Cell GmbH

▪ 2006: Börsengang der Proton Power Systems (LSE)

▪ 2007: Umzug von Starnberg nach Puchheim / München

▪ 2015: Integration der SPower GmbH

…mit mehr als 20 Jahre Expertise im Bereich von Brennstoffzellentechnologie und Energielösungen!

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(Serien-)Produktion

Machbarkeitstudien

Integration

Entwicklung Simulation

ServiceInbetriebnahme

Engineering

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Kernkompetenzen

Stackfertigung Systemfertigung FAT

PM Module HyRange®

• 19“ Rack Mobile Systems• S5-Family: 2 … 6 kW Leistungsbereich:• S25: 10 ... 25 kW 9 … 30 kW

PM Cube

Schranklösungen für ein oder mehrere

19“Module (für beide Stackformate)

CLEANTECH Energielösungen

5

LT-PEM Stacks

• PM200• PM400

Leistungsbereich:2 ... 30 kWelect

Containerized stationary Solutions

• Indoor & Outdoor

Energieversorgung / Antrieb (Drive trains):

• Stadtbusse• Lastverkehr• Boote und Schiffe

Stacktechnologie Brennstoffzellensysteme


Energielösungen

Produktumfang HyRange®25

6

Stackmodul Peripheriemodul

HyRange®25

Nennleistung 25 kW

Leistungsbereich 4,1 … 30 kW

Stromausgang 0 … 500 A DC

Spannungsausgang 35 … 120 V DC

Umgebungstemperatur im Betrieb

-30°C … + 45°C

Umgebungstemperatur im Stillstand

-45°C … + 60°C


Gewicht: 67 kg Dimension: 660 x 280 x 450 mm

Gewicht: 47 kgDimension: 720 x 420 x 385 mm

Gewicht: 7 kgDimension: 265 x 220 x 120 mm

H2 Rezirkulation

7

EU-Förderprojekt: “Fit for Automatic Manufacturing and Assembly”


➢ Projektziele: Kostenreduktion und Erlangung der Massenproduktionstauglichkeit

▪ verbesserte Herstellbarkeit und drastische Senkung der Herstellkosten

▪ niedrigere Komponentenpreise für Stacks und Prototypen

▪ Automatisierte Herstellungslinie (Stapelroboter) Fähigkeit zur Massenproduktion

▪ Integration des "neuen" Stacks in UPS Lieferfahrzeuge und Testbetrieb in „daily operation“

➢ Weitere Projektpartner:

Fit-4-Amanda

Gefördert durch:

FCREEV - Fuel Cell Range Extended Electric Vehicle


VAN Application FCREEV

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Magna FC REEV HyRange® 25 FC REEV System


Brennstoffzellenystem-Typ: NT-PEM

Nennleistung: 25 kW

Strombereich Ausgang : 0 … 500 A

Spannungsbereich Ausgang: 35 … 120 VDC

Wasserstoffverbrauch: 1.5 kg/h @Nennleistung

Luftversorgung: Umgebungsluft

Kommunikations-Schnittstelle: CAN v2.0A

Leistung Brennstoffzelle: 25 kW

Li-Ion Batterie: 15 kWh

Reichweite: 400 km

Antrieb: Elektrisch 4x4

Beschleunigung: < 11 Sekunden(0-100)

Wasserstofftank: 3 kg @ 700bar

Betankungszeit: < 3 min

Fahrzeugziele

10

Elektromotor Front: 75 kW/ 280 Nm

Elektromotor Heck: 50 kW/ 200 Nm

Brennstoffzellensystem: 25 kW (net.)

H2-Tank System: 3 kg / 70 MPa

HV Batterie: 15 kWh (inst.)

Projektziele:

▪ Zero emission▪ Hohe Reichweite▪ Kurze Tankzeiten▪ 4x4 Antrieb

FCREEV = Fuel Cell Range Extended Electrical VehicleElektrofahrzeug mit Brennstoffzellen-Reichweitenverlängerer

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Fuel Cell Systems

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HYRANGE ®25 SYSTEM:

▪ Brennstoffzellentyp: NT-PEM

▪ Stackausrichtung: Vertikal

▪ Systemwirkungsgrad: 51%

▪ Keine aktive Befeuchtung

▪ Modulare Systemarchitektur


PRODUCT OFMAGNA STEYR FUEL SYSTEMS

Wasserstoffversorgung

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H2 TANK SYSTEM:

▪ 70 MPa Typ IV-Behälter, 3 kg H2

▪ Leichter Aluminumrahmen

▪ Mechanische Druckregulierungseinheit

▪ On-tank Ventile inkl. Sicherung & Sensorik


Complete Vehicle Package

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KONDUKTIVES LADEN

LADESTECKDOSE

WASSERSTOFF TANKSYSTEM

BRENNSTOFFZELLENSYSTEM

HV BATTERIE

ELEKTRISCHE HINTERACHSE

ELEKTRISCHEFRONTACHSE

HV KABELBAUM

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Hochvolt-Architektur

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Hochvolt BATTERIE400 V HV-Kreis

15 kWh installiert

DC/AC2(50 kW)

EM2 400 V

Elektrische Hinterachse

DC/AC1(75 kW)

EM1 400 V

Elektrische Vorderachse

DC/DC1400 V/12 V

(3 kW)

12 V BATTERIE

FCCU

Brennstoffzellensystem

DC/DC2100V/400V

(30 kW)

Luft-Kompr.

Fuel Cell Stack70 – 100 V

(30 kW)

AC/DCLadegarät

(6 kW)

AC Lade-

stecker

DrahtlosesLaden(6 kW)

A/C Comp.

HV PTC

Engineeringpartner für Gesamtfahrzeug: MAGNA STEYR


Niedertemperatur-Kühlkreislauf

Luftkompressor

Wärmeübertrager

HV-Batterie

DC/DC2FC

Ladeluftkühler (Luft/Luft)

Hochtemperatur-Kühlkreislauf

DC/AC2

Fuel

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DC/AC1 EM1

EM2

DC/DC1

Konzept Thermisches Management

▪ 2-Kreiskühlsystem für anspruchsvolle Komponentenanforderungen

▪ Kombinierte Heizung für Brennstoffzellen und Fahrgastraum

▪ Abwärmenutzung für Klimatisierung des Fahrgastraums

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Energiemanagement

Wie viel Durchschnittsleistung wird tatsächlich benötigt?

0

5

10

15

20

25

30

35

40

JC0

8

FTP

72

NED

C

MSE

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HW

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6

Hig

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[kW

]

Average Power Driving Cycle Additional Auxiliaries Demand

Brennstoffzellen-Leistung

25 - 30 kW sind zur Deckung des Durchschnittsbedarf ausreichend!

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Brennstoffzelle OFF

Brennstoffzelle ON

Intelligenter Brennstoffzellenbetrieb / Batterieladung

Geschwindigkeit / Energie-Anforderungen

Wann kommt die Energie von der Brennstoffzelle, wann aus der Batterie?

NU

TZB

AR

E B

AT

TER

IELA

DU

G

17

Betriebs-Strategie

Vielfältige Betriebs-Strategien / Fahrmodi können realisiert werden!

SOC


Fahrzeug Betriebsmodi

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Allrad 4x4 ECO BATT ONLY SOC SAVE

DEFAULT

BETRIEBSMODI ENERGIEOPTIONEN

Permanent 4x4

Fahrspaß .

Verbrauch .

Reichweite.

Beschleun. .

Komfort .

BZ OFF

Kosten/km +

Reichweite

+

BZ ON

Performance +

Kosten/km .-

70

280

350km

-

+


STUTTGART - WIEN

Source: https://www.google.at/maps

700 km

STARTZIEL

ENTFERNUNG: ca. 700 km

24 kWh / 100 km (at Ø100 kph)

Ohne Tankstopp 7 h

9 ½ h65kWh

50 kW50 kW

50 kW50 kW 50 kW 50 kW

30kWh

50 kW

10 ½ h

7 ¼ h

19

6 kW 6 kW 6 kW

13 h

Fahrzeugvergleich im Realbetrieb


Kriterium Prototyp

Max. Fahrgeschwindigkeit 130 km/h

Max. Geschwindigkeit bei Batterierhaltung (@27 kW) 100 km/h

Beschleunigung: 0 - 50 km/h / 0 - 80 km/h / 0 - 100 km/h 4.0 s / 7.5 s / 11.0 s

Reichweite bei reinem Batteriebetrieb (NEDC, New European Driving Cycle) 70 km

Reichweite bei kombiniertem Betrieb BZ und Batterie(NEDC) > 350 km

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Fahrzeugziele:

▪ Zero emission

▪ Hohe Reichweite

▪ Schnelle Betankung

▪ Fahrspaß durch 4x4

Zusammenfassung


Mögliche Einsatzgebiete …

Source: www.dpd.com/de/home/ueber_dpd/presse_center/

Source: http://www.southeastairportshuttle.com.au/about-us/

Source: http://www.ukh2mobility.co.uk/news-media/

...

Warum Brennstoffzellen-Hybrid?

Keine CO2 Emissionen (tank to wheel)

Schnellere Betankung und höhere Reichweite als ein reines BEV

Niedrigere Kosten als bei einem reinen FCV

Kein hochdynamischer Betrieb der BZ / keine Froststartmöglichkeit notwendig (FCV Anforderung) Höhere Lebensdauer des BZ-Systems

Partielle Unabhängigkeit von H2-Tankstellen (und Batterieladestationen)

Maßgeschneiderte Lösungen für spezifische Anforderungen für jedes Einsatzgebiet sind möglich (durch Auslegung von Batterie/Brennstoffzelle)

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Best of both worlds!


22

Ready for a ride…


PROJEKTLEITUNG: MAGNA

Hr. Helfried Müller, Leiter Alternative Antriebssystems / R&D~~~ Special thanks für die Unterstützung mit dem Inhalt der Folien 12-22 ~~~

Projektpartner:

Proton Motor Fuel Cell GmbHBenzstraße 782178 PuchheimGermany

Phone :Fax:E-Mail: Web:

+49 (0)89 1276265-11+49 (0)89 [email protected] www.proton-motor.de

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!

Proton Motor Project

➢ Plattform: 7.5 t LKW von Smith Electric Vehicles

➢ Electric vehicle (EV) plus fuel cell (FC) Range Extender

➢ Im Testbetrieb seit 2011/2012

➢ Zulassung von BZ-System und Fahrzeug gemäß 79/2009

➢ Nominiert für den Clean Tech Media Award 2012

➢ Gefördert durch:

Kundenreferenz Logistikanwendung (mobil)

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Newton mit HyRange®


▪ BZ Leistung: 8,4 kW

▪ Li-Ion Batterie: 80 kWh

▪ Ladestrom: 400 VAC / 32 A

▪ Antrieb: 120 kW

▪ H2-Tank : 5 kg @ 350bar

▪ H2-Verbrauch: ~ 0,5 kg/h

0 Nonexistent, 5 Excellent

0

1

2

3

4

5

g CO2 / kmtank to wheel

Range

Time toRefuel/Charge

Zero EmissionOperation

VehiclePrice

IncentivesBenefits

Costs / km

InfrastructureDIESELGASOLINE CNG H2 NO FUEL

PUREEV

RANGEEXTENDEDEV

PLUG-IN /HYBRID

CONVEN-TIONAL

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xEV Technology Comparison

Logistikanwendung


Wasserstofftank

Kühlung and DC/DC

Electromotor

Li-Ion Batterie

HyRange®8 System

7.5 t Lieferfahrzeug

Fahrzyklus 1▪ Stadverkehr und Landstrasse▪ Viele Start/Stopps, niedrige Geschwindigkeit Anforderungen wie in Lieferverkehr

Fahrzyklus 2▪ Überland & Autobahn▪ Hohe Duchtrschnittsgeschwindigkeit

Feldtests I - Fahrzyklen

Source: http://google.de/maps


Zyklus 2

Land 1:▪ Avg. Speed: 28 km/h▪ Top Speed: 57k m/h▪ Distanz: 17 km

Autobahn:▪ Avg. Speed: 78 km/h▪ Top Speed: 90 km/h▪ Distanz: 21 km

Land 2:▪ Avg. Speed: 44 km/h▪ Top Speed: 70 km/h▪ Distanz: 22 km

Städtische Umgebung▪ Average Speed: 18 km/h▪ Top Speed: 60 km/h▪ Distanz: 24 km

Zyklus 1

Field Test Results Zyklus 1 Land 1 Autobahn Land 2

Ø SOC – Verlust ohne HyRange® -12% -10% -13% -10%

Ø SOC – Verlust mit HyRange® -5% -5% -11% -6%

Reichweiten-Erhöhung mit HyRange® +140% +100% +18% +66%

Feldtests I - Ergebnisse


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Unternehmensgeschichte Proton Motor

29

Entwicklungsbeginn an Brennstoffzellen

Technologien

Bayernbus in Betrieb

Weltweit erster ‘Triple Hybrid Fork Lift’

Welt erster ‘Triple Hybrid City Bus’

Gründung Proton Motor Fuel Cell GmbH

Gründung Proton Power Systems PLC

Brennstoffzellen-Schiff “Alsterwasser” in Betrieb

Straßenzulassung Newton with HyRange®

EPS System installiert in Bachhausen

Zusammenschluss SpowerGmbH

Kooperation mit Deutsche Bahnbau Gruppe

Präsentation des FC REEV vehicle

1994 1998 2004 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2015 2016


➢ 12m Bus for 45 passengers

➢ Triple Hybrid propulsion system

➢ Configuration and testing since 2008/2009

➢ Future Award for Alternative Propulsion Technology 2010 of the „Innovationsvereinigung der deutschenWirtschaft IDWI“

➢ Nominated for the Hermes Award 2010

➢ Project partners:

Inner City Bus Application

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Fuel cell power: 45 kW

Li-Ion battery: 27,4 kWh

Ultracaps: 1 kWh, 200 kW

Propulsion: 120 kW

Hydrogen: 20 kg @ 350bar

Consumption: 8 kg / 100 km

TriHyBus®


http://www.nri.cz/eng/

Interfaces HyRange®25


Thermal Management

Power Interface

Control, Communication & Data Logging

DC / DC ...HV system

Air in

Air out

H2 out

H2O out

H2in

Power out

Power in

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