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La pile à combustible hydrogène comme prolongateur d’autonomie
pour véhicules électriques
«HYDROGÈNE: VISION FUTURISTE OU SOLUTION D’ACTUALITÉ?»
CREM, 25 juin 2015
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DC/AC
Electrolysisc
Grid
H2 O2
M
FC Battery
PV Panels
PV Surface: 70 mAnnual Mobility: 15’000 km
H2O
2
The Belenos concept
Solar Energy
Hydrogen
Battery
Fuel Cell
CONFIDENTIAL
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Electrolysis Hydrogen production
Conception of a test bench for small electrolyser stacks
Build a complete hydrogen filling station
Operate the filling station
CONFIDENTIAL
Electrolyser stack operated @ 30bar saving one compression stage Operate our proprietary
electrolyser
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CONFIDENTIAL
Fuel Cell Activity
Fuel Cell system design & construction and testing
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CONFIDENTIAL
Fuel Cell mobility tests on roads
Electric FC vehicle
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Fuel Cell Car experience
Test period (October 2011 – August 2012) :
FC System, max power 25 [kW]
Gas filling H2 350 [bar] , O2 130 [bar]
Drive test 5’000 [km] FC mode
�68% system efficiency in driving mode
Full Range 300 [km], mix drive max 100 [km/h]
Consumption H2 0.78 [kg/100km]
O2 6.80 [kg/100km]
CONFIDENTIAL
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Only 2 H2 station in Switzerland
CONFIDENTIAL
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Fuel CellSystem
10 kW
H2 StorageSystem
350 bar
55 kWh Chemical
M
400V
+
-
DC
DC
~ 230V
3kW
80V
+
-
CHARGER
INVERTER
Fuel cell range extender vehicle architecture
Electric drive integration
Fuel cell range extender integration
10 bar
350 bar
DC
AC
DC
AC
HV Batterie
60 kW / 31 kWh
CONFIDENTIAL
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Fuel cell system operation
Minimum power at 3kW :
• Best efficiency point
Fuel Cell System Efficiency
(DC/DC included)
Fuel Cell System power
(DC/DC included)
3 kW 10 kW
Strategy : Load following
• The fuel cell power follows the drivetrain demand
Option : Maximum power
• Possibility to switch the fuel cell to 10 kW continuously to recharge the battery.55%
• The fuel cell start/stop is selected by the driver.
CONFIDENTIAL
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Hybrid - fuel cell/battery - EV
Mass PowerChemicalEnergy
Electrical Energy
Range(NEDC)
Filling Time
HV Battery 210 kg 60 kW 31kWh 26 kWh(124 Wh/kg)
200 km 10 h
FC system 125 kg 10 kW 55 kWh 26 kWh(208 Wh/kg)
200 km 2 min
• The fuel cell system doubles the range of the vehicle.
• The fuel cell could also drive the vehicle when the HV battery is empty (with limited power).
Energy sources available in the vehicle.
CONFIDENTIAL
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Electric FIAT 500 with FC range extender
Batteries
Fuel Cell (FC) system information:
• Emissions = 0
• Electric power/peak = 20/60 kW
• Battery capacity = 26 kWh
• Battery weight = 210 kg
• Hydrogen capacity = 1.7 kg
• Fuel Cell power = 10 kW
• Battery driving range = 200 km
• H2 driving range = 200 km
• Total Range = 400 km
• Curb Weight = 1300 kg
• Number of seats = 4Drive train, power
electronics and Fuel Cell
H2 tank & security system control
CONFIDENTIAL
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Electric FIAT 500 with FC range extender
H2 tank (350 bar)
H2 filling nozzle
Power electronic
Electric drive
FC air compressor
Fuel Cell stack
Electric charge
Battery pack
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Electric FIAT 500 with FC range extender
Energy management and driver interface
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Test drive : «Normal» top range
0
20
40
60
80
100
120
140
0 50 100 150 200 250 300 350
Sp
ee
d [
km
/h]
Kilometers driven [km]
Vehicle Speed
Battery SOC
Filling H2
Vehicle speed (km/h)
Battery SOC (%)
H2 Fill level (%)
Date & Time: 17 Oct., 2013 Distance: 348km Battery used: 99%
Test Driver: A. Closset Max Speed: 120km/h Hydrogen used: 96%
Avg Speed: 53km/h
CONFIDENTIAL
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Test drive : Top range record
0
20
40
60
80
100
120
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450
Sp
eed
[km
/h]
Kilometers driven [km]
Vehicle Speed
Battery SOC
Filling H2
Vehicle speed (km/h)
Battery SOC (%)
H2 Fill level (%)
Date & Time: 20 Oct., 2013 Distance: 425km Battery used: 100%
Test Driver: M. Vögeli Max Speed: 110km/h Hydrogen used: 97%
Avg Speed: 73km/h
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FIAT 500 Statistics
What Value
Distance 53'013 km
Average speed 48.4 km/h
Drivetrain consumption 193 Wh/km, (= 2.2Lessence/100km)
Vehicle ON time 1095 h
Average power demand 9.4 kW
Battery full cycles 272
Fuel cell ON time 525 h (48% of vehicle ON time)
Fuel cell average power 6.3 kW (including DC/DC)
H2 full filling 143 (= 244 kg H2)
Number of FC starts 1586
Average efficiency H2 tank to DC bus(including Stack, BoP, Purges, DC/DC)
41 %
CONFIDENTIAL
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CONFIDENTIAL
Conclusion
� Hydrogen fuel cell systems can be a reliable, CO2 free, range extender for electric vehicle.
� It is suitable for small fleets of vehicle when one invests in a hydrogen station.
� It can benefit from early national installation of hydrogen stations.� Hydrogen production by electrolysis will be supported by national
electric grid operators.
MERCI!