Brennstoffzellentechnik bei Daimler - Dr. Georg Frank Daimler Group, Kirchheim/Teck-Nabern - Hochschule Karlsruhe
←
→
Transkription von Seiteninhalten
Wenn Ihr Browser die Seite nicht korrekt rendert, bitte, lesen Sie den Inhalt der Seite unten
Seminar Erneuerbare Energien 2018
Hochschule Karlsruhe, EIT
Brennstoffzellentechnik bei Daimler
Dr. Georg Frank
Daimler Group, Kirchheim/Teck-Nabern
Inhalt
1. Einleitung
2. Vom Sandwich-Boden in den Motorraum
3. Das Brennstoffzellenaggregat des GLC F-CELL und seine Innovationen
4. Intelligent kombiniert: Ergänzung des Brennstoffzellenaggregats durch
eine Plug-in-Batterie
5. Ausblick
Page 2
Disruptive Trends verändern die Automobilindustrie
Herausforderungen – EU Gesetzesentwurf zur CO2-Regulierung
Auf dem Weg zum lokal emissionsfreien Fahren
High-tech Elektrofahrzeuge mit Batterie oder
Verbrennungsmotoren Plug-in-Hybride Performance-Hybride Brennstoffzelle
Neue Generation Plug-In Hybride
Concept EQ
Mercedes-Benz GLC F-CELL
Inhalt
1. Einleitung
2. Vom Sandwich-Boden in den Motorraum
3. Das Brennstoffzellenaggregat des GLC F-CELL und seine Innovationen
4. Intelligent kombiniert: Ergänzung des Brennstoffzellenaggregats durch
eine Plug-in-Batterie
5. Ausblick
Page 9Erfahrungen Brennstoffzellentechnologie
B-Klasse F-CELL Citaro FuelCELL-Hybrid
• > 10 Millionen Kilometer in Europa und USA • > 5 Millionen Kilometer in Europa
• > 300.000 km mit einem Fahrzeug zurückgelegt • Pressemittelung eines Betreibers:
• < 3 Minuten durchschnittliche Betankungsdauer auf Basis > 1 Million Kilometer im Regelbetrieb
von 36.000 Betankungen 1,200 Tonnen CO2 vermiedenDie aktuelle Generation von Brennstoffzellen-Fahrzeugen:
Mercedes-Benz B-Klasse F-CELL
Page 11Verteilt auf Vorderwagen und Sandwich-Boden:
Brennstoffzellenaggregat des Mercedes Benz B-Klasse F-CELL
Wasserstoff-
Schalldämpfer Brennstoffzellen-
Rezirkulationsgebläse
Stapel
Schraubenkompressor
Befeuchtereinheit zur
Ladeluftkühler Befeuchtung der
Brennstoffzellen-Zuluft
Page 12Brennstoffzellenaggregat Mercedes Benz GLC F-CELL:
Vom Sandwichboden in den Motorraum
2010 2018
30% kleineres Volumen
90% weniger Platin
Page 13Daimler AG
Inhalt
1. Einleitung
2. Vom Sandwich-Boden in den Motorraum
3. Das Brennstoffzellenaggregat des GLC F-CELL und seine
Innovationen
4. Intelligent kombiniert: Ergänzung des Brennstoffzellenaggregats durch
eine Plug-in-Batterie
5. Ausblick
Page 15Brennstoffzellenaggregat Mercedes Benz GLC F-CELL:
Aufbau und technische Daten
Ionentauscher
Wasserstoff- Luftfilter Technische Daten
Rezirkulationskreislauf
(nicht sichtbar)
Brennstoffzellenstapel: Rund 400 PEM-
Brennstoffzellen in einer
Zellreihe
Elektrischer Leistung: 75 kW
Turbolader Luftversorgung: Elektrischer Turbolader mit
Abluftturbine
Luftbefeuchtung: Membran-Gas-Gas-Befeuchter
Wasserstoff- Passives System getrieben
Rezirkulation: durch Strahlpumpe ohne
aktives Gebläse
Abluftanlage
DC/DC-Wandler: Unidirektionaler Hoch-/
Integrierte Tragstruktur
Tiefsetzsteller
als Gehäuse für den
Luftaufbereitungseinheit Brennstoffzellenstapel Kühlung: 12V-Kühlmittelpumpen,
mit Befeuchter elektrisches Thermostatventil
DC/DC-Spannungswandler
Page 16Hauptinnovationen im Brennstoffzellenaggregat des GLC F-CELL
Elektrischer Turbolader
Tragstruktur mit Zellstapel mit 400 Zellen
mit Abluftturbine
Medienverteilerplatte und und metallischen Bipolarplatten
hochintegrierter Wasserstoff-
Rezirkulation DC/DC-Spannungswandler
zwischen Brennstoffzellen-stapel
und Hochvolt-Bordnetz
Integrierte Luftaufbereitungs- Kompakter
einheit mit Wasserabscheider Brennstoffzellenstapel mit
und Luftbefeuchter verbesserter Leistungsdichte
Page 17Integrierte Tragstruktur als stabiles Gehäuse für den Brennstoffzellenstapel
und zur Anbindung von Hilfskomponenten
Medienverteilerplatte mit integrierter
Tragstruktur Tragarme zur Wasserstoff-Rezirkulation sowie Zu- und
Aufnahme Motorlager Ableitungen für Luft, Wasserstoff und
Kühlmittel
Leeres Gehäuse ohne Gehäuse mit Medienverteilerplatte Fertiges Aggregat mit
Zellstapel und integriertem Zellstapel angebauten Hilfskomponenten
Page 18Brennstoffzellen-Stapel: Verdopplung der Leistungsdichte
bei 90 % weniger Platin gegenüber Stack in der B-Klasse F-Cell
Zellspannung [-]
Steigerung der maximalen
Stromdichte um ~ 100%
Stromdichte [-]
GLC F-CELL B-Klasse F-CELL
Membrandicke reduziert → erhöhte Protonen-Leitfähigkeit
Chemische Zusammensetzung Membran verbessert → erhöhte Protonen-Leitfähigkeit
Optimierte Geometrie der Bipolarplatten → Verbesserte Versorgung mit Reaktanden
Anpassung Betriebsbedingungen zur weiteren Verbesserung der Performance
Page 19Elektrischer Turbolader statt Schraubenkompressor: Höhere
Effizienz und kompaktere Bauform
Inverter
80
Effective compressor efficiency (%)
70 Turbolader
60
50
40 Schrauben-
30 kompressor
20
10
Verdichter 0
0 50 100 150 200 250 300 350 400
Elektroantrieb Turbine Air flow (kg/h)
Höherer Wirkungsgrad vor allem im Teillastbereich
Reduzierte Leistungsaufnahme dank Energierückgewinnung über die Turbine
Weniger Gewicht und Bauraumbedarf verschafft Freiheitsgrade im Package
Verringertes Niveau an Geräuschen und Vibrationen
Page 20Einführung eines DC/DC-Wandlers zur Schaffung von zusätzlichen
Freiheitsgraden bei Zellstapel, HV-Architektur und Kaltstart
Anschluss HV-Bordnetz
des Fahrzeugs
Anpassung der Brennstoffzellenspannung an variable HV-Bordnetzspannungen
Schaffung von Freiheitsgraden in der Anzahl von gestapelten Brennstoffzellen
Sehr hoher Wirkungsgrad von > 98%
Ermöglicht Strategien für einen schnellen Gefrierstart, da die Brennstoffzellenspannung stark
abgesenkt werden kann und damit temporär und gezielt Wärme im Zellstapel freigesetzt werden kann
Page 21Integration von Luftbefeuchtung und Wasserabscheider in einer
Komponente: Die Luftaufbereitungseinheit
Befeuchterkartusche
Integration mehrerer Luftaufbereitungskomponenten in einem Bauteil
Gehäuse aus Kunststoff – serienfertigungstauglich und weniger Gewicht
Einsparung von Bauraum und damit wesentlicher Beitrag zur Leistungsdichte des AggregatsWasserstofftanksystem - Hauptkomponenten
Wasserstofftank-Behälter
Systemabsperrventil
Tank Ventil
Hochdruck-Regelventil
HochdrucksensorDas V-Modell der Produktentwicklung:
Fahrzeug
Antriebstrang
Systeme
KomponentenInhalt
1. Einleitung
2. Vom Sandwich-Boden in den Motorraum
3. Das Brennstoffzellenaggregat des GLC F-CELL und seine Innovationen
4. Intelligent kombiniert: Ergänzung des Brennstoffzellenaggregats
durch eine Plug-in-Batterie
5. Ausblick
Page 25Antriebsystem des Mercedes-Benz GLC F-CELL Brennstoffzellen- Plug-in-Hybridfahrzeugs Daimler AG Page 26
Die nächste Generation von Brennstoffzellen-Fahrzeugen:
„Die Brennstoffzelle bekommt einen Stecker“
Steigerung der Reichweite auf 437 km aus
Wasserstoff und 49 km aus der HV-Batterie
Antriebsleistung: 147 kW
Übergang auf Plug-in-Batterie, um
schrittweisem Aufbau der H2-Infrastruktur in
idealer Weise gerecht zu werden
Kosteneffiziente Übernahme von
zahlreichen Hochvoltkomponenten aus
dem Mercedes-Benz Baukasten
Mercedes-Benz GLC F-CELL: preproduction model
Daimler AGMercedes-Benz GLC F-CELL auf Wintererprobung Mercedes-Benz GLC F-CELL: preproduction model
Inhalt
1. Einleitung
2. Vom Sandwich-Boden in den Motorraum
3. Das Brennstoffzellenaggregat des GLC F-CELL und seine Innovationen
4. Intelligent kombiniert: Ergänzung des Brennstoffzellenaggregats durch
eine Plug-in-Batterie
5. Ausblick
Page 29Flexibler und modularer Einsatz von Brennstoffzelle und Batterie als Energiequelle
Infrastruktur: H2 Mobility GmbH in Deutschland
Partners (shareholders) of initiative:
Bis 2023:
~400
Öffentliche Wasserstoff-Tankstellen
~90 km NIP contact:
Distanz zwischen Autobahntankstellen und um
die Metropolregionen
>10
Wasserstofftankstellen in Metropolregionen
Associated partners:
Bis Ende 2018:
ca100
Öffentliche Wasserstofftankstellen
Daimler AGEnergiewende braucht eine starke Partnerschaft THE DRIVING FORCE Source: www.energie-fuer-immer.de Daimler AG
Hydrogen Council: Industrieübergreifende Vision für Wasserstoff
Ausblick in die Wasserstoffwirtschaft 2050
18% 6 Gt 2.5 Bn $ 30 Mio
des Energiebedarfes Jährliche C02 Jährlicher Umsatz neue Jobs
Einsparung (Wasserstoff und
Komponenten)
Daimler AGAutomobile Brennstoffzellen für Datencenter-Stromversorgung Daimler AG
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Daimler AG Mercedes-Benz GLC F-CELL: preproduction model
Sie können auch lesen
