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Wasserstoff - Erfahrungen, Status und zukünftige Herausforderungen

Dipl.-Ing. Erich Ramschak

Graz, 27.Feb. 2014

Workshop Brennstoffzellen: Markteinführung, Markthemmnisse und

F&E-Schwerpunkte im Rahmen des Implementing Agreement on

Advanced Fuel Cells

27.Februar 2014 E.Ramschak Disclosure or duplication without consent is prohibited 2

2010 2015 2020/21 2025

Ø 130 gCO2/km

Ø 95 gCO2/km

Ø ca. 70 gCO2/km ?

erforderliche

CO2 Reduktion

- 27%

- 46% (zu 2015)

Stadt

Überland

CO2-Gesetzgebung bewirkt eine Änderung und Diversifizierung von Antriebstechnologien

MHEV

FHEV

PHEV

Antriebs- und Speichertechnologien bringen den größten Beitrag zur CO2 Reduktion

verpflichtender Durchschnittswert für OEMs in EU(gewichtsabhängig)

FCEVREEV

Bifuel CNG, LPGsyn./agro TreibstoffeStarter-Generator-Systeme 12V/48Vstart-stopp

BEV

+ super credits <50gCO2/km

optimierte VKMLeichtbautechnologienEnergiemanagementReibungsoptimierung


Infrastruktur

Lieferanten-kette

Kosten

Fahrzeughersteller mit BZ-Technologien

Daimler

Honda

Toyota

Nissan

Hyundai

Markteinführung zwischen 2013 und 2020 in

Regionen mit H2 Tankstellen (EU,USA,JP,S-Korea)

H2 Tankstellen in Reichweite von Material bis

Gesamtsystem

qualifizierte Zulieferer mit automotiven Standards

GM

BMW

20

17

20

15

20

13

20

15

20

17

Ford

VW Gruppe, Volvo, Suzuki, PSA, KIA, SAIC, Lexus: keine Angaben

20

1x

20

18

20

20

Kosten, Infrastruktur und qualifizierte Lieferantenkette bestimmen Erfolg der Markteinführung

Ko

op

era

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Rückblick: 22 Jahre Wasserstoff-Speichersysteme

Kryo-speicherfür BMW H7(100 Stk.)

Leichtbau-Kryotank

Kryo-speicher fürBusse

FlachtankKryotankAeronautik

700bar Typ4 Speicher(200 Stück)

130 Patente & AnmeldungenAriane 5 Treibstoffleitungen

erster Start 1996


Gasförmige H2 Tanksysteme von MS in Fahrzeugen

350bar H2 Speicherkonzept, Packaging & Integration Aston Martin Hybrid Hydrogen Rapid S (ICE)

MILA Show Car Konzept-Studie,Integration gasförmige Speicher

Erprobung im 24h-Rennen am

Nürburgring 2013

Opt. Bauraumausnutzung vs. optimale H2 Speicherkapazität

Speichersystem: Qualifikation,Validierung, Zertifizierung Kleinserienfertigung, Wartung

700bar H2 Speichersysteme für Mercedes-Benz F-CELL (FCV)

Praktische Flottenerfahrung mit 350 bis700bar in verschiedenen Anwendungen


Integrationsstudie: Machbarkeit von 700bar H2 Tanks in einem SUV

L [mm] D [mm] V_innen [L]

Behälter 1 1400 200 26.3

Behälter 2 900 200 16.2

Behälter 3 1245 304 53.9

Gesamtvolumen [L]: 96.4

Masse [kg H2@700bar]: 3.86

RB: SUV Plattform unter Einhaltung der strukturrelevanten Randbedingungen

• Berücksichtigung von

Bodenfreiheit, Bauräume

und Abstände für H2

Nebenkomponenten

• optimale H2 Behälter-

geometrien

Hohe Speicherkapazität von Wasserstofftanks ist wichtiger Aspekt für die erzielbaren Reichweiten

Ziel: 500km praktische Reichweite (>5kgH2)


F&E Fahrzeugprojekt: Reichweitenoptimiertes E-Van Konzept mit Brennstoffzelle

� Emissionsfreie Erhöhung der Reichweite (3x BEV mit einer Tankfüllung)

� Kostenvorteil gegenüber BEV bzw. FCEV

� Gewichtsreduktion

� Kurze Betankungszeit (<5min)

� Erhöhung von Höchstgeschwindigkeit

� Verbesserte Nutzung elekt. Nebenverbraucher (Klimatisierung etc.)

� Einsatz als Personen-VAN sowie Logistikfahrzeug

20kW PEMFC

Li-Ionen Batterie

Verkleinerung der Batteriegröße (vs. BEV) und BZ-Leistung (vs. FCEV) �� Kostenvorteil FC REEV

Kooperationsprojekt 2014-2016

adaptive

Betriebsstrategie

300km Reichweite

emissionsfrei


Möglichkeiten zur Funktionsabsicherung des FC REEV Demonstrators bei MS

Betankungsversuche mit Wasserstoff

Antriebsstrangprüfungen, Hydropuls

Fahrzeugtests auf Rolle mit vollständiger Klimatisierung

Teststrecke mit Schlechtweg-erprobung, Steigung, Wattiefe

Prototypenbau

Wartungs- & Reparaturanlagen mit H2 Sicherheitseinrichtungen

Anlagen mit H2 Zertifizierung für Integration, Test und Validierung von H2-Fahrzeugen


H2 KomponentenentwicklungTyp 4 Faserverbund-Behälter und Ventil-/Druckregelkomponenten bis 700bar

GH2 SystementwicklungSystemabsicherung und Zertifizierung

Fertigung mit hohen QS Standards

Fahrzeugintegration von H2-TanksBauraumoptimierung, Integration, PT-Bau, Fahrzeugvalidierung & H2

Sicherheit

H2 Speichersysteme von Magna Steyr

Serviceumfang: Entwickeln, Testen, Validieren und Integrieren von H2 Speichersystemen


Serienfertigung von 700 bar H2 Tanksystemen

Qualitätssicherung auf Komponentenebene

Teilsystem- und Systemaufbau

QS – Endkontrollez.B. Lecktests

Wartung und Reparatur

Fehleranalyse und Optimierung

Serienfertigung mit automotiven QS-Standards, praktische Flottenbetriebserfahrung ca. 2 Mio. km


Anforderungen an Wasserstoffspeicher

SerienfertigungSerienfertigung

Automotive Fertigungsprozesse

In-Line und EoL-Tests z.B. schnelles Entleeren von Inertgas, Dichtigkeitstests, …

Bauraum & GewichtBauraum & Gewicht

Optimierung von Wandstärken

Systemgeometrie d.h. Behälterauslegung, Anzahl und Geometrien Komponenten

Auswahl von CFK Material: Qualität vs. Gewicht und Kosten

funktionale Sicherheit &Lebensdauer funktionale Sicherheit &Lebensdauer

Permeation, Liner-Boss Dichtung

Lifetime Monitoring

Festigkeit über Druckzyklen

Innere & äußere Leckagen

Betriebsdauer

UmweltaspekteUmweltaspekte

Recycling (eco-Design)

Materialauswahl

Lösungsansatz: Qualifizierte Lieferantenkette, Anwendung v. Regelwerken &Standards, umfassende Testlabors

Herstellkosten €/kgH2

Speicherkapazität kgH2/Systemgröße

Sicherheit QS-Prozess


Absicherung von Hochdruckbehälter

Druck- und Bersttests –Absicherung Festigkeit

Falltests – Absicherung Strukturfestigkeit und Dichtigkeit

Beschusstest – Absicherung Strukturfestigkeit

Hydraulische Zykliertests – Absicherung Dauerfestigkeit

Leck- und Permeationstests – Absicherung Langzeitverhalten

Brandtests – Absicherung Brandsicherheitseinrichtungen (Fremdfeuer)

Eigene vor Ort Möglichkeiten zur Absicherung von 700 bar H2 Hochdruckbehälter

E.Ramschak Disclosure or duplication without consent is prohibited 13

Status der 700bar H2 Tankentwicklungbei Magna Steyr

Kostenoptimierung

Reduktion von Gewicht Bauraum

Steigerung Funktionalität

PKW SystemEntwicklung & Industrialisierung von

Magna Steyr mit strategischen Partnern

PKW (MB F-Cell)Hauptkomponenten von Zulieferer

Generation 1Generation 1 Generation 2Generation 2 Generation 3Generation 3

PKW-/Bus-/kleinLKW SystemEntwicklung & Industrialisierung multifunktionaler

Rahmen von Magna Steyr mit strategischen Partnern

Wertschöpfung, Stückzahlen

Wertschöpfung, Stückzahlen

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Generation 2 H2-Speichersystem

700bar Zweibehältersystem mit verbesserter Funktionalität und neuester Ventiltechnik

Behälter aus Eigenentwicklung / 1:2 Behältervolumenspreizung / neueste Behälterventil- & Druckreglertechnik


Ausblick auf optimierte H2 Speichertechnologienvon Magna Steyr

Fertigungs-optimiertes Designwenig Schnittstellen (Fittings),

integrierte Komponenten –

schnelle Fertigung

Generation 3 - multifunktionales Rahmenkonzepthohe Funktionsintegration – weniger Komponenten

schnelle Befüll-& Entleerzeit

Inertgas-Reinigung, H2

Erstbefüllung

optimierte Steifigkeitflexibles Rahmenkonzept

SkalierbarkeitAnwendung in unterschiedlichen

Derivaten bzw. Plattformen

Hohe Speicherkapazitätweniger Masse und geringeres Volumen

Kurze EoLTestzeit

Reduzierte Lecktests

Konzept für mehr Funktionalität, Speicherdichte und weniger Herstellkosten


Zusammenfassung

� Aktuelle Entwicklungsziele bei H2 Speicher sind primär niedrige Herstellkosten und hohe Speicherkapazitäten

� FCH Aktivitäten von MAGNA STEYR sind auf Qualifizierung und Vorbereitung des nahen Markteintritts von OEMs zwischen 2015 bis 2020 ausgerichtet


MAGNA STEYR offers mobility solutions of the future

The future is ours to create

Kontakt: Dipl.-Ing. Erich Ramschak Email: [email protected]

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