Batteriesysteme für Nutzfahrzeuge

Transkript

1 Produktionstechnisches Zentrum (PTZ) - Wir optimieren die Produktion - Batteriesysteme für Nutzfahrzeuge Fachtagung Lernwelt Elektromobilität, HTW Berlin, Dipl.-Ing. W. Schönewolf Fraunhofer IPK

2 Struktur: - welche Lösungsansätze kommen aus den Schaufenstern ; - das Batteriekonzept für elektrisch angetriebene Nutzfahrzeuge;

3 Versuchsfeld und Maschinenhalle

4 Iveco: OEM-gefertigt als kleine Versuchsreihe, inzwischen kaufbar MAN: Einzelanfertigung durch AGV, keine Spec s, keine Standards, kein Support nach Firmenwandlung des Herstellers Betrieblich keine Einschränkungen gegenüber Dieselfahrzeugen Startpunkt der e-nfz in Berlin-Brandenburg Commercial Transport

5 Ausgangslage Batterieblock fest, 120kWh Seite 5

6 E -City-Logistik: Fahrzeugdaten Hersteller Basis: MAN - Fahrgestell Baureihe TGL8.180 Umbau: AGV Technik Antriebsstrang (Motor, Getriebe, Kühlung) Batterien Kapazität 120 kw (380 Volt 32 Ampere Kraftstrom) Normalladezyklus: 12 Stunden Ladezeit Heizung Separate Zusatzheizung (Biodiesel/Gas) Ladebordwand Betrieb mit 230 V Normalstrom an externer Steckdose der Entladestelle Sonstige technische Daten Maximale Höchstgeschwindigkeit: 68 km/h 700 kg Mehrgewicht gegenüber dem ursprünglichen Fahrzeug Seite 6

7 Schaufensterprojekt NaNu! Ziele Mehrschichtbetrieb und Nachtbelieferung mit elektrischen Nutzfahrzeugen zeitliche Verlagerung der Belieferungs- und Transportprozesse in die Nachtstunden (leise LKW) Mehrschichtbetrieb durch dispositionsgerechte 24h Verfügbarkeit der LKW (Nutzengenerierung mit enfz) Nutzung fluktuierender Quellen für die Bereitstellung der Wechselbatterien (Flottenladen mit Netzausgleich)

8 NaNu! Dispositionsgesteuertes Laden Gesteuertes DC-Laden - dispositionsgerecht - Ladestrategie bidirektional, abhängig von Netzauslastung (Laden bei Überkapazität, Entladen bei Unterkapazität (Pufferung der Netzes) - Durch Wechselsystem werden nicht Fahrzeuge entladen beim Netzausgleich - Wirksamkeit prop. Flottengröße

9 Schaufenster Elektromobilität Berlin-Brandenburg Batteriewechselstation Batteriewechselstation: frei aufstellbar durch Containerkonzept

10 Neuentwicklung eines Batteriemoduls...als Grundlage für ein Batteriewechselsystem für Nfz LiFePo cell technology, erpobt, zuverlässig, mittleres Preissegment Zellen-Format entspricht DIN/VDA- Spezifikation diese Zellen sind die ersten Zellen überhaupt, die der BEVII- Spec entsprechen und wurden exklusiv für dieses Projekt gefertigt Passiver Brandschutz eingebaut Passives Kühlsystem eingebaut, aktives Kühlsystem bei Bedarf nachrüstbar, strikte Trennung von Kühlflüssigkeiten und Leistungselektronik Active BMS mit CAN-Kommunikation Feuchtigkeitssensorik

11 DIN/VDA SPEC HEV PHEV1 PHEV2 BEV1 BEV2 h (mm) T (mm) W (mm) 12, , Ladungsklasse (Ah) >5 >20 >20 >40 >60

12 Inside the Package: 12 DIN -Zellen in Reihe 12-kanaliges BMS aktiv

13 Vergleich gängiger Zelltechnologien: Batterietyp Kurzbez. Energiedich te (Wh/kg) Zyklenerwar tung Betriebstem peratur Selbstentla dung Blei-Säure Nickel- Cadmium Nickel- Metallhydrid Lithium- Ionen Natrium- Nickelchlorid (Zebra) NiCd NiMH Li-Ion Na-NiCl Qelle: Innung des Kraftfahrzeuggewerbes

14 A Modulare Battery System Electrical Data Capacity 50Ah / 115V Balancing compensation up to 6A 3C max load (short term) Communication SOC, SOH Resolution down to cell level Safety switch off with IGBT Dimensions 723 x 626 x 162 (mm) Weight approx. 60kg

15 NaNu! Batteriewechselsystem 7,45m Wechselkoffer Batteriebestückung max 8x20kWh 3-Schichtbetrieb durch Batteriewechsel Fahrzeugaufbau: Hüffermann Batterieentwicklung: Fraunhofer

16 Schaufenster: Sperrmüllfahrzeug der BSR Hohe Akzeptanz bei der Belegschaft Aufbaubatterie hält mehrere Tage durch Das Hybridfahrgestell könnte länger elektrisch fahren Nach Anfangsproblemen hohe Verfügbarkeit erreicht

17 Schaufenster: Seitenlader AWU Batterievergrößerung erforderlich für 2-Schicht-Betrieb Umbaumaßnahmen offenbaren Inkompatibilitäten der Systemkomponenten, keine definierten Schnittstellen. Zugleich ist es dieser Sonderfahrzeugbau, für den die Fahrzeugbauer jetzt Kompetenzen aufbauen können und müssen.

18 Schaufenster: Hecklader der STEP Aufbaubatterie für 1- Schichtbetrieb hinreichend Schalldruckvergleichsmessung Diesel vs. E- Antrieb: im Mittel -16db Einbindung in lokales Energiemanagementkonzept geplant

19 Schaufenster: Hermes Aufbau eines e- Sprinter für die Sendungsverteilung Probleme bei Nutzlast durch Verordnung aufgehoben Kosten-Nutzen- Verhältnis trotzdem kritisch Elektrifizierung durch German e-cars Aufbau durch CTM in spezieller Leichtbauweise

20 Lösungsansatz: Dual-Use verkürzter ROI der Batterieinvestition Als Wechselbatterie für den LKW-Antrieb Als Regelleistung zur Netzstabilisierung

21 RouteCharge Batteriewechsel entlang der Pendelroute Übergang von der reinen Innenstadtanwendung in die Fläche (r=300km) Verknüpfung der Logistik-Standorte mit e-nfz Verknüpfung regionaler Relationen mit innerstädtischen Verteilsystem Peine Magdeburg Potsdam Halle/Leipzig Westhafen Cottbus Dresden

22 Trends 1/2 Dieselkosten: Quelle: Gemeinschaft der Großverbraucher e.v. 22

23 Kombinierte Einflußanalyse (Dieselkosten und Batteriekosten) a) Dieselkosten 100% Batteriekosten 100% b) Dieselkosten 120% Batteriekosten 70% c) Dieselkosten 150% Batteriekosten 50% d) Dieselkosten 200% Batteriekosten 40% , , , , , ,00 - Einflußanalyse a b c d Diesel bis 3,5 to Diesel bis 12 to Elektro bis 3,5 to Elektro bis 12 to 23

24 Lösungsansatz: Mehrfachnutzung des Batteriesystems Für die persönliche Mobilität Als Energiespeicher für die Hausversorgung Als Wechselbatterie für Nfz Als Smart Grid Anwendung für den Netzausgleich

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26 Bild: Fraunhofer IPK/Konstantin Heß Dipl.-Ing. W. Schönewolf Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!