Elektrischer Brennstoffzellenantrieb für 500 km Reichweite eines emissionsfreien 4.6-Tonnen-Lkw im kommunalen Einsatz

Autoren

Dipl.-Ing. Dr. techn. E. Wahlmüller, Dipl.-Ing. (FH) W. Rumpl MSc, Dipl.-Ing. M. Friedl, S. J. Jones PhD MSc, Plastic Omnium New Energies Wels GmbH, Wels; Prof. Dr. R. Wörner, S. Hegde MEng, Y. Wiese BEng, Prof. Dr.-Ing W. T. Czarnetzki, Institut für nachhaltige Energietechnik und Mobilität (INEM), Hochschule Esslingen; B. Beutel BEng, R. Ritter, EFA-S GmbH, Zell unter Aichelberg:

Jahr

2023

Druckinfo

Eigenproduktion ÖVK

Zusammenfassung

Eines der ersten emissionsfreien 4.6t Nutzfahrzeuge Europas mit einer Anhängelast von 2,5t wurde durch Integration eines modularen Wasserstoff-Brennstoffzellen-Hybridantriebs entwickelt. Ziel war es die Reichweite bei allen Wetterbedingungen in Richtung 500km zu erhöhen und eine rasche Betankung zu ermöglichen. Der in diesem Projekt entwickelte hocheffiziente Range-Extender-Antriebsstrang erfüllt die Anforderungen und ist für 60-70% des gesamten europäischen Marktes für leichte Nutzfahrzeuge geeignet [1]. Die eingesetzten Lithium-Eisenphosphat (LFP)-Batterien mit einem Gesamtenergieinhalt von 40kWh und einer maximalen Entladerate von 3C arbeiten auf einem Spannungsniveau von 400V. Das 50kW PEM-Brennstoffzellensystem mit integriertem DC/DC-Wandler erreicht einen Wirkungsgrad von bis zu 56%. Das Brennstoffzellensystem wurde über eine CAN Schnittstelle nach J1939 Standard in die Steuerung der Gesamtfahrzeugumgebung integriert. Zwei Typ-IV Wasserstofftanks mit einer Gesamtkapazität von 8,6kg bei 700bar ermöglichen Betankungszeiten von weniger als 5 Minuten. Das Energiemanagement wurde durch Analyse realer Fahrzyklen von Nutz- und Kommunalfahrzeugen und der Anwendung von Simulationsmethoden entwickelt. Der optimale Betriebspunkt der Brennstoffzelle im Fahrbetrieb wird durch Echtzeitanalyse von Systemgrößen wie Fahrverhalten, temperaturabhängiges De-rating und Ladezustand der Batterie gesteuert. Ziel ist es, den Ladezustand der Batterie im Bereich von 60-80% zu halten, um die Verluste im Batterie-Brennstoffzellen-Hybridantrieb zu minimieren und die Lebensdauer der Komponenten zu maximieren. Die Ergebnisse der statischen und dynamischen Tests am Fahrzeug unter praxisnahen Belastungs- und Witterungsbedingungen (speziell kalte Wintertemperaturen) bestätigen das Erreichen der gesetzten Ziele und die Vielseitigkeit der entwickelten Technologie.

ISBN

978-3-9504969-2-5