FCREEV - Fuel Cell Range Extended Vehicle

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1 FCREEV - Fuel Cell Range Extended Vehicle best of both worlds Thomas Wannemacher - e-monday Proton Motor Fuel Cell GmbH Benzstraße Puchheim Germany Phone : Fax: Web: +49 (0) (0) sales@proton-motor.de

2 Überblick 1. Die Firma Proton Motor 2. mobile Aktivitäten bei PM 3. HyRange Systeme 4. FCREEV 5. Fahrzeug-Design 6. Betrieb 7. Zusammenfassung 2

3 Proton Motor Fuel Cell GmbH 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! Proton Motor - Disclosure or duplication without consent is prohibited 3

4 Kernkompetenzen Machbarkeitstudien Entwicklung Simulation Engineering (Serien-)Produktion Stackfertigung Systemfertigung FAT Integration Inbetriebnahme Service Proton Motor - Disclosure or duplication without consent is prohibited 4

5 CLEANTECH Energielösungen Stacktechnologie Brennstoffzellensysteme Energielösungen LT-PEM Stacks PM200 PM400 Leistungsbereich: kw elect PM Module 19 Rack S5-Family: 2 6 kw S25: kw PM Cube HyRange Mobile Systems Leistungsbereich: 9 30 kw Schranklösungen für ein oder mehrere 19 Module (für beide Stackformate) Containerized stationary Solutions Indoor & Outdoor Energieversorgung / Antrieb (Drive trains): Stadtbusse Lastverkehr Boote und Schiffe Proton Motor - Disclosure or duplication without consent is prohibited 5

6 Produktumfang HyRange 25 HyRange 25 Stackmodul Peripheriemodul H 2 Rezirkulation Gewicht: 67 kg Dimension: 660 x 280 x 450 mm Gewicht: Dimension: 47 kg 720 x 420 x 385 mm Gewicht: Dimension: 7 kg 265 x 220 x 120 mm Nennleistung 25 kw Spannungsausgang V DC Leistungsbereich Stromausgang 4,1 30 kw A DC Umgebungstemperatur im Betrieb Umgebungstemperatur im Stillstand -30 C + 45 C -45 C + 60 C Proton Motor - Disclosure or duplication without consent is prohibited 6

7 Fit-4-Amanda Gefördert durch: 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: Proton Motor - Disclosure or duplication without consent is prohibited 7

8 FCREEV - Fuel Cell Range Extended Electric Vehicle Proton Motor - Disclosure or duplication without consent is prohibited 8

9 VAN Application FCREEV Magna FC REEV HyRange 25 FC REEV System Leistung Brennstoffzelle: 25 kw Li-Ion Batterie: 15 kwh Reichweite: 400 km Antrieb: Elektrisch 4x4 Beschleunigung: < 11 Sekunden (0-100) Wasserstofftank: 3 700bar Betankungszeit: < 3 min Brennstoffzellenystem-Typ: Nennleistung: Strombereich Ausgang : Spannungsbereich Ausgang: Wasserstoffverbrauch: Luftversorgung: Kommunikations-Schnittstelle: NT-PEM 25 kw A VDC 1.5 Umgebungsluft CAN v2.0a Proton Motor - Disclosure or duplication without consent is prohibited 9

10 Fahrzeugziele FCREEV = Fuel Cell Range Extended Electrical Vehicle Elektrofahrzeug mit Brennstoffzellen-Reichweitenverlängerer Projektziele: Zero emission Hohe Reichweite Kurze Tankzeiten 4x4 Antrieb Elektromotor Front: 75 kw/ 280 Nm Elektromotor Heck: 50 kw/ 200 Nm HV Batterie: 15 kwh (inst.) Brennstoffzellensystem: 25 kw (net.) H 2 -Tank System: 3 kg / 70 MPa Proton Motor and Magna Steyr - Disclosure or duplication without consent is prohibited 10

11 Fuel Cell Systems HYRANGE 25 SYSTEM: Brennstoffzellentyp: NT-PEM Stackausrichtung: Vertikal Systemwirkungsgrad: 51% Keine aktive Befeuchtung Modulare Systemarchitektur Proton Motor and Magna Steyr - Disclosure or duplication without consent is prohibited 11

12 Wasserstoffversorgung PRODUCT OF MAGNA STEYR FUEL SYSTEMS H 2 TANK SYSTEM: 70 MPa Typ IV-Behälter, 3 kg H 2 Leichter Aluminumrahmen Mechanische Druckregulierungseinheit On-tank Ventile inkl. Sicherung & Sensorik Proton Motor and Magna Steyr - Disclosure or duplication without consent is prohibited 12

13 Complete Vehicle Package KONDUKTIVES LADEN BRENNSTOFFZELLEN SYSTEM LADESTECKDOSE ELEKTRISCHE HINTERACHSE ELEKTRISCHE FRONTACHSE HV KABELBAUM HV BATTERIE WASSERSTOFF TANKSYSTEM Helfried Müller Magna Steyr Disclosure or duplication without consent is prohibited 13

14 Hochvolt-Architektur Engineeringpartner für Gesamtfahrzeug: MAGNA STEYR EM1 400 V DC/AC1 (75 kw) DC/AC2 (50 kw) EM2 400 V Elektrische Vorderachse FCCU Hochvolt BATTERIE 400 V HV-Kreis 15 kwh installiert Elektrische Hinterachse AC/DC Ladegarät (6 kw) AC Ladestecker Luft- Kompr. DC/DC2 100V/400V (30 kw) Drahtloses Laden (6 kw) Fuel Cell Stack V (30 kw) Brennstoffzellensystem DC/DC1 400 V/12 V (3 kw) 12 V BATTERIE HV PTC A/C Comp. Proton Motor and Magna Steyr - Disclosure or duplication without consent is prohibited 14

15 Fuel Cell Stack Wärmeübertrager Fahrgastraum HV-Heizung Fahrzeugkühler Konzept Thermisches Management Niedertemperatur-Kühlkreislauf Hochtemperatur-Kühlkreislauf HV- Batterie DC/DC2FC Luftkompressor DC/AC2 EM2 Wärmeübertrager Ladeluftkühler (Luft/Luft) DC/AC1 EM1 DC/DC1 2-Kreiskühlsystem für anspruchsvolle Komponentenanforderungen Kombinierte Heizung für Brennstoffzellen und Fahrgastraum Abwärmenutzung für Klimatisierung des Fahrgastraums Proton Motor and Magna Steyr - Disclosure or duplication without consent is prohibited 15

16 JC08 FTP72 NEDC MSE Graz Cycle WLTP HWFET Artemis US06 Highway Graz-Vienna Elektrischer Leistungsbedarf [kw] Energiemanagement Wie viel Durchschnittsleistung wird tatsächlich benötigt? Brennstoffzellen-Leistung Average Power Driving Cycle Additional Auxiliaries Demand kw sind zur Deckung des Durchschnittsbedarf ausreichend! Proton Motor and Magna Steyr - Disclosure or duplication without consent is prohibited 16

17 NUTZBARE BATTERIELADUG SOC Betriebs-Strategie Wann kommt die Energie von der Brennstoffzelle, wann aus der Batterie? Brennstoffzelle OFF Intelligenter Brennstoffzellenbetrieb / Batterieladung Brennstoffzelle ON Geschwindigkeit / Energie-Anforderungen Vielfältige Betriebs-Strategien / Fahrmodi können realisiert werden! Proton Motor and Magna Steyr - Disclosure or duplication without consent is prohibited 17

18 Fahrzeug Betriebsmodi 350km BETRIEBSMODI ENERGIEOPTIONEN DEFAULT Allrad 4x4 ECO BATT ONLY SOC SAVE Permanent 4x4 Reichweite. BZ OFF BZ ON Fahrspaß. Beschleun.. Kosten/km Performance + Verbrauch. Komfort. Reichweite - Kosten/km.- Proton Motor and Magna Steyr - Disclosure or duplication without consent is prohibited 18

19 Fahrzeugvergleich im Realbetrieb START STUTTGART - WIEN ENTFERNUNG: ca. 700 km 700 km ZIEL 24 kwh / 100 km (at Ø100 kph) Ohne Tankstopp 7 h 30kWh 50 kw 50 kw 50 kw 50 kw 50 kw 10 ½ h 65kWh 50 kw 50 kw 9 ½ h 7 ¼ h Source: Proton Motor and Magna Steyr - Disclosure or duplication without consent is prohibited 6 kw 6 kw 6 kw 13 h 19

20 Zusammenfassung Fahrzeugziele: Zero emission Hohe Reichweite Schnelle Betankung Fahrspaß durch 4x4 Mögliche KriteriumEinsatzgebiete Prototyp Max. Fahrgeschwindigkeit Max. Geschwindigkeit bei Batterierhaltung kw) Beschleunigung: 0-50 km/h / 0-80 km/h / km/h Reichweite bei reinem Batteriebetrieb (NEDC, New European Driving Cycle) Source: Source: Reichweite bei kombiniertem Betrieb BZ und Batterie(NEDC) Source: km/h 100 km/h 4.0 s / 7.5 s / 11.0 s 70 km > 350 km... Proton Motor and Magna Steyr - Disclosure or duplication without consent is prohibited 20

21 Warum Brennstoffzellen-Hybrid? Keine CO 2 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 H 2 -Tankstellen (und Batterieladestationen) Maßgeschneiderte Lösungen für spezifische Anforderungen für jedes Einsatzgebiet sind möglich (durch Auslegung von Batterie/Brennstoffzelle) Best of both worlds! Proton Motor and Magna Steyr - Disclosure or duplication without consent is prohibited 21

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 ~~~ Projektpartner: Proton Motor and Magna Steyr - Disclosure or duplication without consent is prohibited 22

23 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Proton Motor Fuel Cell GmbH Benzstraße Puchheim Germany Phone : Fax: Web: +49 (0) (0) sales@proton-motor.de

24 Kundenreferenz Logistikanwendung (mobil) Newton mit HyRange 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 BZ Leistung: Li-Ion Batterie: Ladestrom: Antrieb: H 2 -Tank : H 2 -Verbrauch: 8,4 kw 80 kwh 400 VAC / 32 A 120 kw 5 350bar ~ 0,5 kg/h Gefördert durch: Proton Motor - Disclosure or duplication without consent is prohibited 24

25 xev Technology Comparison PURE EV Incentives Benefits g CO 2 / km tank to wheel Zero Emission Operation RANGE EXTENDED EV PLUG-IN / HYBRID Vehicle Price 0 1 Range 2 CONVEN- TIONAL Costs / km 3 4 Time to Refuel/Charge DIESEL GASOLINE CNG H 2 NO FUEL 0 Nonexistent, 5 Excellent 5 Infrastructure 25

26 Logistikanwendung 7.5 t Lieferfahrzeug Wasserstofftank Kühlung and DC/DC Electromotor Li-Ion Batterie HyRange 8 System Proton Motor - Disclosure or duplication without consent is prohibited 26

27 Feldtests I - Fahrzyklen Fahrzyklus 1 Stadverkehr und Landstrasse Viele Start/Stopps, niedrige Geschwindigkeit Anforderungen wie in Lieferverkehr Source: Fahrzyklus 2 Überland & Autobahn Hohe Duchtrschnittsgeschwindigkeit Proton Motor - Disclosure or duplication without consent is prohibited

28 Feldtests I - Ergebnisse Zyklus 1 Städtische Umgebung Average Speed: 18 km/h Top Speed: 60 km/h Distanz: 24 km 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 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% Proton Motor - Disclosure or duplication without consent is prohibited

29 Unternehmensgeschichte Proton Motor Entwicklungsbeginn an Brennstoffzellen Technologien Weltweit erster Triple Hybrid Fork Lift EPS System installiert in Bachhausen Bayernbus in Betrieb Welt erster Triple Hybrid City Bus Kooperation mit Deutsche Bahnbau Gruppe Gründung Proton Motor Fuel Cell GmbH Brennstoffzellen-Schiff Alsterwasser in Betrieb Zusammenschluss Spower GmbH Gründung Proton Power Systems PLC Straßenzulassung Newton with HyRange Präsentation des FC REEV vehicle Proton Motor - Disclosure or duplication without consent is prohibited 29

30 Inner City Bus Application TriHyBus 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 deutschen Wirtschaft IDWI Nominated for the Hermes Award 2010 Fuel cell power: Li-Ion battery: Ultracaps: Propulsion: Hydrogen: Consumption: 45 kw 27,4 kwh 1 kwh, 200 kw 120 kw bar 8 kg / 100 km Project partners: Proton Motor - Disclosure or duplication without consent is prohibited 30

31 Interfaces HyRange 25 Air in Control, Communication & Data Logging Power in H 2 in H 2 out Power out Power Interface DC / DC... HV system H 2 O out Air out Thermal Management Proton Motor - Disclosure or duplication without consent is prohibited 31