Produktionstechnisches Zentrum (PTZ) - Wir optimieren die Produktion - Batteriesysteme für Nutzfahrzeuge Fachtagung Lernwelt Elektromobilität, HTW Berlin, 13. 11. 2015 Dipl.-Ing. W. Schönewolf Fraunhofer IPK Gefördert durch: • Struktur: - welche Lösungsansätze kommen aus den ‚Schaufenstern‘; - das Batteriekonzept für elektrisch angetriebene Nutzfahrzeuge; Gefördert durch: Versuchsfeld und Maschinenhalle Gefördert durch: Startpunkt der e-NFZ in Berlin-Brandenburg Commercial Transport Iveco: OEM-gefertigt als kleine Versuchsreihe, inzwischen kaufbar MAN: Einzelanfertigung durch AGV, keine Spec‘s, keine Standards, kein Support nach Firmenwandlung des Herstellers Betrieblich keine Einschränkungen gegenüber Dieselfahrzeugen Gefördert durch: Ausgangslage Batterieblock fest, 120kWh Gefördert durch: Seite 5 „E“-City-Logistik: Fahrzeugdaten Hersteller •Basis: MAN - Fahrgestell Baureihe TGL8.180 •Umbau: AGV – Technik Antriebsstrang (Motor, Getriebe, Kühlung) Batterien •Kapazität 120 kW (380 Volt 32 Ampere Kraftstrom) •Normalladezyklus: 12 Stunden Ladezeit Heizung •Separate Zusatzheizung (Biodiesel/Gas) Ladebordwand •Betrieb mit 230 V Normalstrom an externer Steckdose der Entladestelle Sonstige technische Daten •Maximale Höchstgeschwindigkeit: 68 km/h •700 kg Mehrgewicht gegenüber dem ursprünglichen Fahrzeug Gefördert durch: Seite 6 Schaufensterprojekt NaNu! Ziele „Mehrschichtbetrieb und Nachtbelieferung mit elektrischen Nutzfahrzeugen“ • zeitliche Verlagerung der Belieferungs- und Transportprozesse in die Nachtstunden (leise LKW) • Mehrschichtbetrieb durch dispositionsgerechte 24h Verfügbarkeit der LKW (Nutzengenerierung mit eNFZ) • Nutzung fluktuierender Quellen für die Bereitstellung der Wechselbatterien (Flottenladen mit Netzausgleich) Gefördert durch: NaNu! Dispositionsgesteuertes Laden • Gesteuertes DC-Laden - dispositionsgerecht - Ladestrategie bidirektional, abhängig von Netzauslastung (Laden bei Überkapazität, Entladen bei Unterkapazität (Pufferung der Netzes) - Durch Wechselsystem werden nicht Fahrzeuge ‚entladen‘ beim Netzausgleich - Wirksamkeit prop. Flottengröße Gefördert durch: Schaufenster Elektromobilität Berlin-Brandenburg Batteriewechselstation Batteriewechselstation: frei aufstellbar durch Containerkonzept Gefördert durch: Neuentwicklung eines Batteriemoduls ...als Grundlage für ein Batteriewechselsystem für Nfz • LiFePo cell technology, erpobt, zuverlässig, mittleres Preissegment • Zellen-Format entspricht DIN/VDASpezifikation – diese Zellen sind die ersten Zellen überhaupt, die der BEVIISpec entsprechen und wurden exklusiv für dieses Projekt gefertigt • Passiver Brandschutz eingebaut • Passives Kühlsystem eingebaut, aktives Kühlsystem bei Bedarf nachrüstbar, strikte Trennung von Kühlflüssigkeiten und Leistungselektronik • Active BMS mit CAN-Kommunikation • Feuchtigkeitssensorik Gefördert durch: DIN/VDA SPEC 91252 HEV PHEV1 PHEV2 BEV1 BEV2 h (mm) 85 85 91 115 115 T (mm) 120 173 148 173 173 W (mm) 12,5 21 26,5 32 45 >20 >20 >40 >60 Ladungs- >5 klasse (Ah) Gefördert durch: Inside the Package: 12 „DIN“-Zellen in Reihe 12-kanaliges BMS aktiv Gefördert durch: Vergleich gängiger Zelltechnologien: Batterietyp Kurzbez. Blei-Säure Energiedich te (Wh/kg) Zyklenerwar Betriebstem tung peratur Selbstentla dung 20...45 500 -20...60 5 NickelCadmium NiCd 50...70 1350 -40...60 20 NickelMetallhydrid NiMH 50...70 1350 -20...60 30 LithiumIonen Li-Ion 100...150 1500 -20...60 5...10 NatriumNickelchlorid (Zebra) Na-NiCl 90...120 1000 270...300 100 Qelle: Innung des Kraftfahrzeuggewerbes Gefördert durch: A Modulare Battery System Electrical Data • Capacity 50Ah / 115V • Balancing compensation up to 6A • 3C max load (short term) • Communication • SOC, SOH • Resolution down to cell level • Safety switch off with IGBT • Dimensions 723 x 626 x 162 (mm) • Weight approx. 60kg Gefördert durch: NaNu! Batteriewechselsystem • • • • • 7,45m Wechselkoffer Batteriebestückung max 8x20kWh 3-Schichtbetrieb durch Batteriewechsel Fahrzeugaufbau: Hüffermann Batterieentwicklung: Fraunhofer Gefördert durch: Schaufenster: Sperrmüllfahrzeug der BSR Hohe Akzeptanz bei der Belegschaft Aufbaubatterie hält mehrere Tage durch Das Hybridfahrgestell könnte länger elektrisch fahren Nach Anfangsproblemen hohe Verfügbarkeit erreicht Gefördert durch: Schaufenster: Seitenlader AWU Batterievergrößerung erforderlich für 2-Schicht-Betrieb Umbaumaßnahmen offenbaren Inkompatibilitäten der Systemkomponenten, keine definierten Schnittstellen. Zugleich ist es dieser Sonderfahrzeugbau, für den die Fahrzeugbauer jetzt Kompetenzen aufbauen können und müssen. Gefördert durch: Schaufenster: Hecklader der STEP Aufbaubatterie für 1Schichtbetrieb hinreichend Schalldruckvergleichsmessung Diesel vs. EAntrieb: im Mittel -16db Einbindung in lokales Energiemanagementkonzept geplant Gefördert durch: Schaufenster: Hermes Aufbau eines eSprinter für die Sendungsverteilung Probleme bei Nutzlast durch Verordnung aufgehoben Kosten-NutzenVerhältnis trotzdem kritisch Elektrifizierung durch German e-Cars Aufbau durch CTM in spezieller Leichtbauweise Gefördert durch: Lösungsansatz: Dual-Use – verkürzter ROI der Batterieinvestition Als Wechselbatterie für den LKW-Antrieb Als Regelleistung zur Netzstabilisierung Gefördert durch: RouteCharge Batteriewechsel entlang der Pendelroute • Übergang von der reinen Innenstadtanwendung in die Fläche (r=300km) • Verknüpfung der Logistik-Standorte mit e-NFZ • Verknüpfung regionaler Relationen mit innerstädtischen Verteilsystem Westhafen Peine Potsdam Cottbus Magdeburg Halle/Leipzig Dresden Gefördert durch: Trends 1/2 Dieselkosten: Quelle: Gemeinschaft der Großverbraucher e.V. Gefördert durch: 22 Kombinierte Einflußanalyse (Dieselkosten und Batteriekosten) Einflußanalyse a) Dieselkosten 100% Batteriekosten 100% 30.000,00 € 25.000,00 € b) Dieselkosten 120% Batteriekosten 70% Diesel bis 3,5 to 20.000,00 € Diesel bis 12 to 15.000,00 € Elektro bis 3,5 to 10.000,00 € c) Dieselkosten 150% Batteriekosten 50% Elektro bis 12 to 5.000,00 € - € a b c d d) Dieselkosten 200% Batteriekosten 40% Gefördert durch: 23 Lösungsansatz: Mehrfachnutzung des Batteriesystems Für die persönliche Mobilität Als Energiespeicher für die Hausversorgung Als Wechselbatterie für Nfz Als Smart Grid Anwendung für den Netzausgleich Gefördert durch: Gefördert durch: Seite 25 © Bild: Fraunhofer IPK/Konstantin Heß Dipl.-Ing. W. Schönewolf [email protected] Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Gefördert durch:
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