Modulare Brennstoffzellensysteme und hoch integrierte Komponenten für Fahrzeuge Modular Fuel Cell Systems and Highly Integrated System Components for Vehicles DLR Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. in Stuttgart Institut für Fahrzeugkonzepte Andreas Brinner Pfaffenwaldring 38-40, D-70569 Stuttgart Tel: ++49 (0) 711 6862 574 E-mail: [email protected]Internet: www.dlr.de/fk
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Modulare Brennstoffzellensysteme und hoch integrierte ... · FS4 1,1b FS4 / 24V 1,2bar Air Supply Module Flow Sensor Flow Switch Intercooler Temperature Sensor Cooling Module with
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Modulare Brennstoffzellensysteme und hoch integrierte Komponenten für Fahrzeuge Modular Fuel Cell Systems and Highly Integrated System Components for Vehicles
DLR Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. in StuttgartInstitut für FahrzeugkonzepteAndreas Brinner
Beispiel: Komponentenpackage der H2-VersorgungWenig Chancen für die Serienrealisierung ohne neue Ideen
Systempackagekonzept & technische Umsetzung
A. Brinner 24.04.09Institut für Fahrzeugkonzepte
► Einfachere Systemkonzepte & Entflechtung der Funktionen- Geringere Kosten- Höhere Zuverlässigkeit- Bessere Anpassung an spezialisierte Applikationen & Einsatznischen
► Modularisierung der verfahrenstechnischen & elektrischen Subsysteme- Vorfertigung von Baugruppen durch spezialisierte Unternehmen- Höhere Stückzahlen durch Nutzung von Baugruppen in unterschiedlichen
Konzeptvarianten- Schnellere Inbetriebnahme und einfachere Integration
► Zusammenfassung von Funktionen in hoch integrierten Baugruppen- Weniger Bauteile- Höhere Zuverlässigkeit- Geringere Kosten
Neue Entwicklungsansätze für BrennstoffzellensystemeKonzepte, Subsysteme & Komponenten müssen überarbeitet werden
A. Brinner 24.04.09Institut für Fahrzeugkonzepte
Modulare Brennstoffzellensysteme für FahrzeugeSystembeispiele mit Leistungen < 5kW
Elektroroller
FahrerlosesTransportsystem
Flughafen-Vorfeldtransporter
pI4
Wasser-abscheider
Membran-KolbenLuftverdichterFilter
Wasser-Ablass
Abblase-Ventil
LuftEin
H2
Ein
pI7
Einstellventilfür den Luftdruck
pI1 H2-Speicher
H2-Speicher
pS3
pS1
pS1/24V
H2
LuftAus
TT1
TSTC2
pI3
pI2
Druckanzeige
pI5 pS4
einaus
elektromagn. Ventil
BZ-Block40 Zellen
Sicherheits- Ventil
Aus elektromagn. Ventil
Flammsperre
beidseitig sperrende Schnellkupplung
Wasserstoff-Versorgung
Luftversorgung
Brennstoffzellen- Modul
Sicherheits-Ventil
Druckanzeige
Druckanzeige
Druckanzeige
Druckanzeige
Druck-schalter
Druck-schalter
Temperatur- schalter
Kühlluft- Modul
AUS
AUS
Wasserstoffspeicher-Modul
AUS
AUS
Ladeluft-kühler
pI4
Tmax=38°C
BleedValve
LuftIN
H2
INNO
MV-H2-224V
Clocking
pI7
Air PressureAdjustment
pI1
Tmax=75°C
H2-Sp1/25 bar 0,5 mN3
H2-Sp2/25 bar 0,5 mN3
30 bar SV-H2-1
pS31,1b
pS12bar
pS3/24V
pS1/24V
H2
Luft
TT1
TSTC2
TC2 /24V
Δp=0,2 bar
pI3
200 mbar belowpI3 during purge
1,2 - 1,5 barMV-H2-124V NC
pI2
2,0 bar SV2
HIGHLOW
EM-Valve
PEFC-Stack40 Cells
24V/50A
Flam Arrestor
Quick Coupling
Hydrogen Supply Module
PEFC Core Module
Safety Valve
Pressure Indicator
Pressure Switch
Temperature Switch
EXT Hydrogen Storage Module
H2-PressureController
WaterSeparator
Linear-OszillatingAir CompressorFilter
CAC-112V
WaterBleed
CM-AI-124V
pI5
FS41,1b
FS4 / 24V
1,2bar
Air Supply Module
Flow Sensor
Flow Switch
Intercooler
TemperatureSensor
Cooling Module with
Liquid CoolantCoolantStorage
CoolantPump
PEFCRadiator Cooler PEFC
TemperatureController
Pressure Indicator
Safety Valve
EXT
EXT
OUT
OUTEXT
PressureIndicator
Pressure Indicator
Pressure Indicator
EM-Valve
Pressure Switch
Coolant3-way
Control Valve
Flüssiggekühltes System
Luftgekühltes System
System & Subsystem Entwicklung
Bordnetz-versorgung
Ein Systemkonzept mit zwei Variantenfür alle Anwendungen
A. Brinner 24.04.09Institut für Fahrzeugkonzepte
Modulare Systemkonzepte < 5kWFlüssig gekühltes 1,2kWe PEFC-System in modularer Bauweise
PEFC-Steuerung aus einer Hand für alle Leistungsklassen
system elektrotechnik Gotthold Keller GmbH (SET)ist ein unternehmergeführter mittelständischer Familienbetriebmit ca. 30 Mitarbeitern im 30 km südlich von Stuttgart gelegenen Nufringen SET hat 3 Geschäftsbereiche: Kabeltechnik, KFZ-Zubehör und Dienstleistungen
SET besitzt ein gültiges DIN ISO 9001: 2000 Zertifikat
Erste Prototypen von Brennstoffzellensteuerungen wurden von SET für das DLR Ende 2008 fertig gestellt.
Mit dieser zukunftsweisendenTechnologie möchte sichSET die kommenden JahrzehnteBeschäftigen und somit seine Zukunft sichern
Lösungen für die Wasserstoffversorgung2 hochintegrierte Komponenten sind bereits marktgerecht
Funktionen in einer Baugruppe:• EM-Isolationsventil zur Stackabsicherung• EM- 3/2-Wege-Ventil zur
• Druckminderung• Druckregelung• Entlüftung
• Integrierter Filter• Durchflussbegrenzung über Fixdrossel• Drucksensierung
Funktionen in einer Baugruppe:• EM-Isolationsventil zur Abtrennung der
Wasserstoffstrecke vom Brennstoffspeicher• Druckminderung• Integrierter Filter• Durchflussbegrenzung über Fixdrossel• Überströmventil• Drucksensierung
A. Brinner 24.04.09Institut für Fahrzeugkonzepte
Innovation Erfahrung TraditionDie im Jahre 1938 gegründete Firma OTTO EGELHOF GmbH & Co. KG ist ein weltweit agierendes Unternehmen, mit Sitz in Fellbach.
Seit Jahrzehnten behauptet sich Egelhof durch stetige Weiterentwicklung seiner Produkte sowie durch schnelle Reaktion auf neue Rahmenbedingungen am Markt.
Durch die Entwicklung verschiedenster hochpräziser Expansionsventile etablierte sich die Firma als Spezialist auf dem Sektor der Autoklimaanlagen.
Thermostatventile und Temperatursensoren mit hoher Regelgenauigkeit und langer Lebensdauer zeichnen den Bereich Wärmetechnik aus.
Regelkomponenten für Brennstoffzellenanwendungen runden die Produktpalette ab
Die Fertigung an den Standorten in Frankreich, USA und China ist das Herzstück des Unternehmens. Unsere Produktentwicklung arbeitet Hand in Hand mit unserer Prozessentwicklung und ermöglicht eine schnelle Umsetzung der Kundenanforderung.
Ein kompetentes Mitarbeiterteam aus Konstruktion, Qualität und Produktion vermehrt kontinuierlich sein Know-how und lässt jahrzehntelange Erfahrung in neue Produktentwicklungen einfließen.
Hochintegrierte Komponenten für Brennstoffzellensysteme
Neue technische Details für den Hydridspeicherbetrieb- Überdruck-Sicherung: 130bar- Direkt betriebenes Magnetventil - Niederdruck-Durchflussbegrenzer- Über-Temp. Sicherung: 110°C- Betriebstemperaturbereich: -40 - +85°C
Speicher-Sicherheitseinrichtung
Aktuelle Entwicklungsbeispiele von Systemkomponenten Wasserstoff-Sicherheitseinrichtung für Hydridspeicher
Komponentenentwicklung
A. Brinner 24.04.09Institut für Fahrzeugkonzepte
Motorisches 3-2-Wege-Regelventil für verschiedene Kühlmittel mit
minimalem Eigenverbrauch
Aktuelle Entwicklungsbeispiele von Systemkomponenten Kühlmittel-Regelventil
Schnitt durchden Ventilkörper
Wichtigste Betriebsbedingungen:
- geeignet für alle BrennstoffzellengängigenKühlflüssigkeiten
- Trockenlauf ohne Schmiermittel
Technische Details :
► Leistungsaufnahme:2,4 Watt bei 24V DC
► zugelassene Kühlmitteltemp.:-30 – 90°C
► Umgebungstemperatur:-30 – 80°C
► Regelgeschwindigkeit:0 – 90° in 1,8 sec min.
Komponentenentwicklung
A. Brinner 24.04.09Institut für Fahrzeugkonzepte
Zusammenfassung
Das DLR arbeitet auch an weiteren Komponenten und Subsystemen, die in dieser Präsentation nicht genannt sind.Bei Interesse wenden Sie sich bitte direkt an uns.
Sorptionsspeicher
Luftverdichter
Zusammnenfassung
► BZ-Systemvereinfachung und Modularisierung mit Industriepartnern ist auf demWeg.
► Erste Ergebnisse erfolgreich abgeschlossener Komponentenentwicklungen werden industrieseitig für Kunden verfügbar gemacht.
► Erste Subsysteme werden in Kleinserie hergestellt und industriell verfügbar gemacht.
► Brennstoffzellenblöcke sind als Kleinserienprodukte zu Kosten im Bereich1500 – 3500 € pro Kilowatt Leistung verfügbar.
► Die Kostenziele von ca. 1000,-- Euro pro kW können durch die Maßnahmen (1) Systemvereinfachung, (2) Serienherstellung, (3) Funktionsintegration, (4) Nutzung von Großserien-Produktionsmethoden absehbar erreicht werden.