Zukunftsorien tie rter ÖPNV Innovation Elektrobus Konferenz 25. /26. November 2013 ICC Dresden

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1 UNSERE ENERGIE FÜR IHREN ERFOLG Zukunftsorien tie rter ÖPNV Innovation Elektrobus Konferenz 25. /26. November 2013 ICC Dresden Entwicklung und Fertigung von Batterien für ÖPNV Anwendungen HOPPECKE Advanced Battery Technology GmbH Dr.-Sinsteden-Str Zwickau Germany

2 HOPPECKE F&E AKTIVITÄTEN HOPPECKE Batterien, Brilon HOPPECKE Batterie Systeme, Brilon HOPPECKE Advanced Battery Technology, Zwickau; Shanghai Technologie Blei-Säure NiCd Lithium Ionen / NiMH Kompetenzen Motive & Stationär geschlossen & verschlossen Product, Process & Systementwicklung Anwendungsentw. Batteriesysteme für Bahnanwendungen & FTS Anwendungsentwicklung für Spezialsysteme Zellbenchmark Materialentwicklung Elektronik BMS Entwicklung & Test von Batteriesystemen Prototypen & Feldtests Prozess- & Produktionsentwicklung

3 HOPPECKE NEUBAU IN ZWICKAU Neues F&E-Zentrum m² Neue Produktionshalle (LiOn & NiMH) m² HOPPECKE Technologies Eigene Werkszufahrt in 2011 fertiggestellt

4 PRÜFEQUIPMENT HOPPECKE ABT ZWICKAU Messlabor Lade-/ Entladegeräte Materialuntersuchungen -5 V 100 Prüfkanäle 3 A bzw. 30 A Zelltests - 5 V 40 Prüfkanäle 100 A bis 400 A Modultests 16 V bis 35 V 4 Prüfkanäle - bis 500 A Systemtests: 60 V bis 900 V 6 Prüfkanäle - 50 A bis 600 A Temperaturtests 5 Kälte-Wärme-Kammern für Zell- und Modultests Volumen bis 1700 l ESD, Burst/Surge Entwicklungsbegleitende Tests (Pre-compliance)

5 LITHIUM MODUL PRODUCTION

6 PROZESS- UND PRODUKTIONSENTWICKLUNG GMII Produktionsentwicklung Entwicklung von Prozessen im Bereich der Produktion von Lithiumbatteriesystemen Messtechnikentwicklung zur Charakterisierung von der Lithiumbatteriezellen Entwicklung von Laserprozessen im Bereich des Laserschneiden und Laserschweißen Entwicklung von Biegeprozessen Entwicklung von Prüftechnik zur Prüfung der sicherheitsrelevanten Abschaltgrenzen der Lithiumbatterie

7 HOPPECKE LITHIUM GRUNDMODUL GM II Konstruktion Lithiummodul Coffee-bag Zellen mit Ah Zellrahmen als Wärmeableiter und zur Aufnahme der Zelle Zellstapel mit 7 Zellen (24V) oder 10 Zellen (36V) in einem Modul BMS-Elektronik auf eigenem Zellrahmen Funktionen Batteriemanagement: Modulbasierte Systemarchitektur, (Betrieb der Module als Einzelkomponente und Möglichkeit zur Verschaltung in großen Batteriesystemen) Eigensicherer Betrieb, (Bereichsüberwachung: Spannung, Temperatur, Strom), garantiert über Abschaltung des Moduls durch Halbleiterschalter Ladezustandsbestimmung SOC/SOH Zell- und Modulsymmetrierung über semiaktives Verfahren Datenschreiberfunktionen Kommunikationsfunktionen

8 SPEZIELLE MÄRKTE Sonderfahrzeuge Stationär Energielösungen ÖPNV

9 LITHIUM PRODUKT ROADMAP Produkteinführung für verschiedene Spannungsbereiche Modul Produktion Batterie Module 3p + CAN2X

10 ENERGIESPEICHERANFORDERUNGEN

11 NIMH BUSPROJEKT Hybridbuskonzept Köln / Amsterdam HOPPECKE Nickel Metal Hydride Bus Traction Battery, 252 SNH Zellen 75 Ah Spezifikation 310 V, 24 kwh, Peakleistung 325 kw Busspezifikation Leergewicht: ca. 24 to Passagiere. 100 (130) Reichweite: 400 km Tankfüllung H2 40 kg, 350 bar Geschwindigkeit: ca. 80 km/h BZ: 150 kw Antrieb: Asynchronmotor 240 kw s_monats_18/index.php

12 NIMH BUSPROJEKT Hybridbuskonzept Köln / Amsterdam Betriebzeitraum Frühjahr Herbst 2013 Betriebsdaten Bus 1 Köln Laufleistung: km Batteriedaten Betriebsdauer: 2465 h Umgesetzte Energie: kwh Umgesetzte Kapazität: Ah Betriebsdaten Bus 2 Amsterdam Laufleistung: km Batteriedaten Betriebsdauer: 2179 h Umgesetzte Energie: kwh Umgesetzte Kapazität: Ah s_monats_18/index.php

13 HOCHVOLT BATTERIESYSTEME FÜR BUSSE SEB Schnellladesysteme für Elektrobusse im ÖPNV Teilvorhaben: Batteriespeicher für Elektrobusse PRIMO Entwicklung von modularen, verteilten Energiespeichersystemen und kostenoptimierten Herstellungsverfahren für den Einsatz im Bereich des ÖPNV

14 HOCHVOLTBATTERIESYSTEME FÜR BUSSE Entwicklungskonzepte für modulare HV-Batteriesysteme SEB PRIMO II Coffee bag cells Prismatic cells 6 modules in serial: 621,6 V 50 Ah 31 kwh 6 modules in serial: 652,8 V 20 Ah 13 kwh

15 DESIGN ENTWICKLUNG HOCHVOLT BATTERIEMODUL Speicher- / Zellauswahl Anforderungen an den Energiespeicher Leistungsprofile aus notwendiger Traktionsleistung Mögliche Nachladezeiten Bauliche Eigenschaften des Fahrzeuges (Bauraum, Achslasten etc.) Technologische Grenzen Systemparameter Auswahl der Speichertechnologie Auswahl und Validierung Zellhersteller Dimensionierung des Energiespeichers Prüfstandstests zur Zyklenlebensdauer

16 DESIGN ENTWICKLUNG HOCHVOLT BATTERIEMODUL Modulaufbau Entwicklung zweier Kühlkonzepte Simulation mittels CFD-Analyse Mechanischer Aufbau und Verifizierung der Konzepte

17 DESIGN BATTERIEMANAGEMENTSYSTEM BMS Master / Slave dezentrale Datensammlung in Batteriemodulen zentrale Steuerung und Kommunikationsschnittstelle parallele Stränge arbeiten voneinander unabhängig übergeordnete Steuerung im Energiemanagement

18 AUFBAU BATTERIESYSTEM Modulaufbau Submodul 28 Zellen, 103,6 V / 46 Ah / ca. 45 kg Incl. Slave-BMS als Datensammler, CAN-Anschluß Wassergekühlt Teilbatterie 6 Submodule seriell verschaltet, 621,6 V Incl. Master-BMS, Leistungselektronik & Kühlkreis (Wärmetauscher, Wasserpumpe) Max. Ladestrom 230 A (5C) Max. Entladung 690 A (15C) Batteriesystem 3 Teilbatterien parallel verschaltet 621,6 V, ca. 85 kwh

19 AUFBAU BATTERIESYSTEM SEB (Bus Münster) EDDA (Bus Dresden) Teilprojekt SEB-Bus (Münster) Abstimmung/ Anpassung Bauräume mit Bushersteller Packaging Komponenten Montagefähigkeit der Teilbatterien Teilprojekt EDDA-Bus (Dresden) 3 Teilbatterien im hinteren Dachbereich Konstruktion der Batteriegehäuse Finalisiert Batterieintegration Ende

20 PRIMO II Prismatische Modulentwicklung Nutzung von prismatischen Zelltypen Benchmark diverser Hersteller und Typen Konzentration auf Zellen großer Kapazitäten (>20 Ah) Zellen mit Abmessungen nach VDA-Vornorm DIN Spec Elektrische Straßenfahrzeuge Batteriesysteme Abmessungen für Lithium- Ionen-Zellen Technologien: Lithium-Eisen-Phosphat; Lithium-Titanat Zelltype Abmessungen Kapazität HEV 12,5 x 120 x 85 >5 Ah PHEV1 21 x 173 x 95 >20 Ah PHEV2 27 x 148 x 101 >20 Ah BEV1 32 x 173 x 125 >40 Ah BEV2 45 x 173 x 125 >60 Ah

21 PRIMO II Prismatischer Modulaufbau Submodul 36 Zellen, 115,2 V Incl. Slave-BMS als Datensammler Luftgekühlt Teilbatterie 5 Submodule seriell verschaltet, 576 V Incl. Master-BMS, Leistungselektronik & Luft- Wasser-Wärmetauscher Batteriesystem 3 Teilbatterien parallel verschaltet 576 V

22 AUSBLICK Hochvoltenergiespeichersysteme Aufgrund der unterschiedlichsten Bauraumsituationen, scheint derzeit der modulare Systemaufbau am vielversprechendsten für die Elektrifizierung im Bereich ÖPNV. Der modulare Aufbau ist prädestiniert zur Erfüllung unterschiedlichster Elektrifizierungsgrade und Betriebsstrategien

23 WIR LEBEN ENERGIEKONZEPTE! Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!

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