ENTWICKLUNGSPARTNER FÜR DIE INDIVIDUELLE MOBILITÄT DER ZUKUNFT

Transkript

1 ENTWICKLUNGSPARTNER FÜR DIE INDIVIDUELLE MOBILITÄT DER ZUKUNFT E-Mobilität und Brennstoffzellensysteme Perspektiven und Ausblick bei der FES Torsten Flammiger / Marcus Schaedler

2 ENTWICKLUNGSPARTNER FÜR DIE INDIVIDUELLE MOBILITÄT DER ZUKUNFT E-Mobilität und Brennstoffzellensysteme Perspektiven und Ausblick bei der FES Torsten Flammiger / Marcus Schaedler

3 Elektromobilität im Laboralltag Entwicklungsablauf aus Erprobungssicht Entwicklung Gesamtfahrzeug Tests im Fahrzeug Entwicklung Teilsysteme Systemtests Entwicklung Komponente Komponententests Design und Implementierung Hardware und Softwareentwicklung Seite 3

4 Elektromobilität im Laboralltag Klassischer Umfang einer Validierung Seite 4

5 Elektromobilität im Laboralltag BEV BMW Opel Volkswagen Nissan Porsche Audi Mercedes Jaguar Renault Seite 5

6 Was ändert sich Elektromobilität im Laboralltag für ein Prüflabor? Seite 6

7 Elektromobilität im Laboralltag Zusatz -Thema Integration Seite 7

8 Aktuelle Aufgaben Elektromobilität im Laboralltag für ein Prüflabor? Ihr Ansprechpartner FES GmbH Versuch Elektromobilität Anpassung von Prüfstrategien / Methoden Torsten Flammiger Zwickau Erweitertes Prüfequipment Telefon: Torsten.Flammiger@fes-aes.de Durchführen von Prüfungen Qualifizierte Mitarbeiter Seite 8

9 Quellenverzeichnis Elektromobilität im Laboralltag Seite 9

10 ENTWICKLUNGSPARTNER FÜR DIE INDIVIDUELLE MOBILITÄT DER ZUKUNFT E-Mobilität und Brennstoffzellensysteme Perspektiven und Ausblick bei der FES Torsten Flammiger / Marcus Schaedler

11 Gliederung Motivation Systemschaubild Düse Verdichter Systemsimulation Prüfstand + Ausblick Seite 11

12 Motivation EU CO 2 Ziele für 2050: 80 % Reduktion (bezogen auf 1990) nicht erreichbar durch weitere Effizienzsteigerung des konventionellen Verbrennungsmotors FCEVs, BEVs und Plug In Hybride nur mit Primärenergie aus regenerativen Energien Quelle: A portfolio of power trains for Europe a fact based analysis The role of Battery Electric Vehicles, Plug in Hybrids and Fuel Cell Electric Vehicles, McKinsey & company, Seite 12

13 Motivation Quelle: Sektorkopplung und Systemintegration Schlüsselelemente auf dem Weg in das zukünftige Energiesystem, Prof. Dr. Hans Martin Henning, Fraunhofer ISE, Vortrag Energy Saxony Summit 2017 Seite 13

14 Motivation Quelle: Comparative Analysis of Infrastructures Hydrogen Fueling and Electric Charging of Vehicles, Martin Robinius, Forschungszentrum Jülich GmbH, 2017 Quelle: Predictive Energy Management on Powertrain, Thomas Knorr, Continental Powertrain Division, Vortrag Energy Saxony Summit 2017 Seite 14

15 Gliederung Motivation Systemschaubild Düse Verdichter Systemsimulation Prüfstand + Ausblick Seite 15

16 Systemschaubild BZ System Quelle: Mass Production Cost Estimation Direct H 2 PEM Fuel Cell Systems for Transportation Applications: 2016 Update, Brian D. James, Jennie M. Huya Koudio, Cassidy Houchins, Daniel A. DeSantis Seite 16

17 Gliederung Motivation Systemschaubild Düse Verdichter Systemsimulation Prüfstand + Ausblick Seite 17

18 Düse Empirisch analytisches Modell als Grundlage zur Geometrieerstellung Wirkungsgrad η 0,4 0,2 0,0 0,01 0, Durchsatzverhältnis q S /q T parametrisches CAD Modell/strukturierte Vernetzung/Simulation m 0,00015 kg/s T 80 C m 0,0001 kg/s T 20 C p Pa Verifizierung/ Analyse st. Druck [Pa] ,02 0,01 0,00 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 z Koordinate [m] Druck Geschwindigkeit Geschw. [m/s] Wirkungsgrad η [-] 0,30 0,20 0,10 0,00 0,01 0, Durchsatzverhältnis qs/qt [-] Analytik H2 Simulation_H2 Seite 18

19 Düse 0,25 Wirkungsgrad η [-] 0,20 0,15 0,10 0,05 0,00 0,01 0,1 Durchsatzverhältnis qs/qt [-] % Verengung 22% Verengung 36% Verengung Seite 19

20 Gliederung Motivation Systemschaubild Düse Verdichter Systemsimulation Prüfstand + Ausblick Seite 20

21 Verdichter Empirisch analytisches Modell als Grundlage für parametrische Geometrie Vernetzung Laufrad (strukturiert), Gehäuse Simulation (FEM/CFD) Seite 21

22 Verdichterantrieb Patent, Veröffentlichungs und Marktrecherche Quelle: EP A1 Electric motor driven compressor having bi directional liquid coolant passage Empirisch analytisches Modell als Grundlage zur Geometrieerstellung abhängig von Randbedingungen im Auslegungspunkt Vernetzung Simulation Seite 22

23 Verdichterantrieb Seite 23

24 Verdichterlagerung Patent, Veröffentlichungs und Marktrecherche Quelle: DE A1 Quelle: DE A1 Quelle: Fischer Precise Numerische Methode zur Berechnung des Druckprofils und der Lagerkräfte Seite 24

25 Gliederung Motivation Systemschaubild Düse Verdichter Systemsimulation Prüfstand + Ausblick Seite 25

26 Systemsimulation Brennstoffzellenhybrid Auslegung und Dimensionierung von elektrischen Antriebssträngen Kennfelderstellung/Digitalisierung/Charakterisierung AFM Yasa Motors P400 Series Enerdel CP Moxie+ Prismatic Cell ElringKlinger Stack NM5 1,2 Spannung [V] 1 0,8 0,6 0,4 0, ,5 1 1,5 2 Stromdichte [A/cm²] Seite 26

27 Systemsimulation Brennstoffzellenhybrid Peripheriekomponenten/Kreisläufe Rotrex C8-6 Freudenberg FC F513-N KWP Berechnung Geschwindigkeit [km/h] Zeit [s] Fahrleistung [W] Hybrid und Betriebsstrategie Quelle: Fuyuan Turbochargers Seite 27

28 Gliederung Motivation Systemschaubild Düse Verdichter Systemsimulation Prüfstand + Ausblick Seite 28

29 Prüfstand + Ausblick Eigenentwicklung Prüfstand seit Anfang 2017 Kompetenzaufbau seit 4 Jahren Ziele: Weiterentwicklung unserer Software Charakterisierung von Komponenten für alle Kreisläufe Validierung von Komponenten und Systemsimulationen Optimierung Systemaufbau (Druckverlust, Dynamik, Betriebsstrategie) Rezirkulation H2: Modulares Düsengehäuse im Prüfstand charakterisieren Integration H2 Rezirkulationsgebläse in Prüfstand Radialverdichter: Förderprojekt Modularisierung und Skalierbarkeit Kompressor Systemsimulation Brennstoffzelle: Ausbau der Simulation auf die Peripheriekomponenten und Kreisläufe anschließende Integration der Thermodynamik PSM/Kompressormodul: Konstruktion, Auslegung und thermische Berechnung des Kühlmantels prototypische Integration aller Komponenten in ein Gehäuse Luftlager: Sensitivitätsanalyse von geometrischen, physikalischen und Vernetzungsrandbedingungen Seite 29

30 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit FES GmbH Versuch Elektromobilität Torsten Flammiger Zwickau Telefon: FES GmbH Entwicklung Brennstoffzellensysteme Marcus Schaedler Zwickau Telefon: Seite 30