Projekt Keytech4EV präsentiert Brennstoffzellen-Batterie-Hybrid

Copyright Abbildung(en): Klima- und Energiefonds/APA-Fotoservice/Michael Ferlin-Fiedler

Ein österreichisches Konsortium unter der Leitung des Antriebs-Entwicklers AVL hat im Rahmen des Projekts Keytech4EV einen Hybrid-Brennstoffzellen-Batterieantrieb für ein Demonstrationsfahrzeug entwickelt, mit besonderem Augenmerk auf Energieeffizienz und Kosteneinsparung. Gefördert vom Klima- und Energiefonds wurde dieses Leuchtturm-Projekt nach dreijähriger intensiver Forschungstätigkeit nun mit Erfolg abgeschlossen.

Das Projekt Keytech4EV (steht sinngemäß für Schlüsseltechnologie für elektrische Fahrzeuge) verfolgt das übergeordnete Ziel eines hocheffizienten, kostenoptimierten und CO2-freien Antriebskonzepts auf Basis von Wasserstoff-Brennstoffzellen- und Batterietechnologie.

Innovative Kombination zweier Technologien

Den aktuellen Stand der Technik stellen Fahrzeuge einerseits mit großen Brennstoffzellensystemen und sehr kleinen Puffer-Batterien bzw. andererseits mit reinen Batterie-elektrischen Systemen dar. Der innovative Ansatz des Keytech4EV Projektes ist die Kombination beider Technologien in einem hybridisierten Gesamtsystem unter Ausnutzung aller möglichen Synergien. Im Fahrzeug verbaut ist ein Drucktank, der vier Kilogramm Wasserstoff bei 700 Bar speichert und sich in etwa drei Minuten betanken lässt. Die Akkukapazität beträgt rund zehn Kilowattstunden, also gut sechsmal mehr als bei klassischen Brennstoffzellenfahrzeugen wie dem Toyota Mirai oder dem Hyundai Nexo. Den Verbrauch des Demonstrationsfahrzeugs geben die Projektpartner mit 0,8 kg/100 km an. Den Antrieb leistet ein 100 Kilowatt starker Elektromotor.

Vorstudien haben gezeigt, dass mit einem solchen Brennstoffzellen-Batterie-Hybrid die Antriebssystemkosten im Vergleich zu reinen Brennstoffzellensystemen wie auch reinen Batterielösungen deutlich gesenkt und gleichzeitig alle Anforderungen (Effizienz, Fahrverhalten usw.) besser erfüllt werden können. Darüber hinaus bietet der Brennstoffzellen-Batterie-Hybrid den Vorteil großer Reichweite und kurzer Tankzeiten – die Nachteile von reinen Elektroautos wie Reichweiten-Limitierung und lange Ladezeiten werden vollständig vermieden.

Das Projekt Keytech4EV war ein horizontal und vertikal stark integriertes Vorhaben unter der Leitung eines industriellen Antriebssystementwicklers (AVL) in Zusammenarbeit mit Komponenten- und Subsystemherstellern (Hörbiger, Magna, ElringKlinger), Forschungseinrichtungen (TU Graz, TU Wien, HyCentA) und dem Kleinunternehmen IESTA. Das Projekt wurde mit einer gemeinsamen Konzeptausarbeitung gestartet und führte dann in parallelen Forschungsarbeiten zur Entwicklung von zentralen Kerntechnologien für dieses Antriebssystem.

Dabei entwickelte die Firma Hoerbiger das Wasserstoffeinspritzventil und erarbeitete gemeinsam mit HyCentA die passive Wasserstoffrezirkulation. Die Firma Magna entwickelte einen Wasserstofftank für den Mitteltunnel und lieferte das Wasserstofftanksystem für das Fahrzeug. Das HyCentA übernahm dabei die Berechnung und Simulation von Betankungsvorgängen. Die Firma ElringKlinger entwickelte deren Brennstoffzellenplattform weiter, um 70 kW Brennstoffzellenleistung zu erzielen. Dabei unterstützte die TU Graz die Lebensdaueruntersuchungen. AVL entwickelte das gesamte Brennstoffzellensystem inklusive dessen Regelung und gemeinsam mit IESTA das Brennstoffzellen-Kühlsystem. Die TU Wien übernahm die Modellentwicklung für die Zustandsüberwachung der Brennstoffzelle während des Betriebs.

Letztlich wurden alle Kerntechnologien auf System- und Fahrzeugebene von AVL integriert und validiert. Das finale Projektziel war die Entwicklung eines hybridisierten Brennstoffzellen-Batterie Demonstrationsfahrzeuges. Mit dem vollwertigen Mittelklasse-Fahrzeug sollen folgende Ziele demonstriert werden: Energieeffizienz entsprechend dem Kraftstoffverbrauch von 2,5 Liter Benzin auf 100 Kilometer, Reduktion der Antriebsstrangkosten, keine CO2 Emissionen, mehr als 500km Reichweite, Fahrbarkeit wie vergleichbare Serienfahrzeuge.

„Wenn die heimische Automotivindustrie im globalen Wettbewerb weiterhin bestehen will, dann gilt es, innovative Technologien ,made in Austria‘ rasch in den Markt zu bringen. Geht es um emissionsfreie Mobilität, dann wird international auch grüner Wasserstoff eine Rolle spielen – hier geht es um Effizienz und Reichweite, die erzielt werden müssen. Projekte wie dieses, das wir mit unserem Energieforschungsprogramm unterstützen, sichern den Industriestandort Österreich und tragen dazu bei, die europäischen Klimaziele zu erreichen.“ — Theresia Vogel, Klima- und Energiefonds

Eine weitere zentrale Motivation für dieses Projekt war der Beitrag zur Schaffung einer nationalen/europäischen Wertschöpfungskette für die Brennstoffzellentechnologie. Die Innovation und die marktorientierten Ziele dieses Projekts werden durch die Beteiligung von fünf großen globalen PKW-Herstellern als assoziierte Projektpartner unterstrichen.

Quelle: Klima- und Energiefonds — Pressemitteilung vom 27.01.2020

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Das Konzept ist nicht neu, sondern zeigt den Stand der Technik des GLC FCell von Mercedes-Benz. Es begegnet zum einen der Herausforderung der noch sehr dünnen H2 Infrastruktur sowohl für e-Mobilität, als auch für H2. Zum anderen erlaubt es, den Brennstoffzellenstack weniger dynamisch betreiben zu müssen, was den Systemkosten entgegenkommt. Der genannte Verbrauch von 0,8kg/100km verdient in jedem Fall eine Anerkennung und kommt dem Hyundai Nexo schon sehr nahe. Interessant wären jetzt die verbleibende Zuladung im Vergleich zu einem ICE und BEV Antrieb (5 Personen mit Gepäck?) und ggf. Innenraum Einschränkungen. Und natürlich die aktuellen und projezierten Systemkosten für hohe Stückzahlen…

Das hört sich sehr gut an, ich wünsche den Entwicklern noch viel Erfolg

Genialer Ansatz, der alles zusammenführt, was aus heutiger Sicht Sinn macht.
Wenn ich sehe, was technisch geht….sollte sich unsere Bundesregierung ma lieber mit der Industrie zusammensetzen, bevor sie die E-Technik weiter fördert.
In der heutigen Zeit musst du schnell reagieren!
Ich sage hierzu, Respekt

klar sollte man auch das in Betracht ziehen aber ich halte diese doppel Lösungen immer für einen schlechten Kompromiss weil immer die Technik von beiden mitgeschlepp werden muß. Ich persönlich werde mich für die rein elektrische Variante entscheiden die den Großteil meiner Bedrürfnisse deckt. Da reicht schon der Ioniq der ersten Generation.

(Plug-in-)BEV mit mittelgrosser Batterie (für 100 bis 200 km) und Wasserstoff-Brennstoffzellen-Range-Extender.
Scheint mir seit längerer Zeit völlig logisch, dass das in den nächsten 10 bis 20 Jahren die optimale Konfiguration für einen Universal-PKW ist und sich daher in diesem Bereich mittelfristig auch durchsetzen wird. Genauso wie bei Transportern und Lastwagen – dort aber schon früher. Sicher besser als Brennstoffzelle mit ganz kleiner Batterie oder reines Batterie-BEV mit riesiger Batterie.
Als Benutzer bin ich so auch völlig auf der sicheren Seite: Wenn der Batteriestrom ausgeht, habe ich die Brennstoffzelle und wenn ich einmal keine Wasserstoff-Tankstelle in der Nähe habe, muss ich halt die Batterie nachladen.
Das Ganze in einen Kompakt-SUV eingebaut und für 45’000 Euro angeboten. Sollte in etwa 2 Jahren möglich sein. Dieses Auto wird von allen gekauft, die rechnen können. Wird vermutlich ein Koreaner sein, die sind aktuell am kreativsten.

Deine Argumentation ist schon schlüssig und allemal besser als PlugIns mit Verbrenner, die aber immer noch besser als reine Diesel oder Benziner sind.
Nachteilig dabei ist, dass wesentlich mehr Technik erforderlich ist für diese PlugIns und damit auch einen erhöhten Wartungsaufwand im Vergleich zu einer reinen ekektrischen Lösung mit nur Akku haben, was der Benutzer dann wieder bezahlen muss. Im Artikel steht ja auch „Eine weitere zentrale Motivation für dieses Projekt war der Beitrag zur Schaffung einer nationalen/europäischen Wertschöpfungskette…“ Klar, je mehr Teile verbaut werden und – wie oben im Kommentar schon erwähnt – der Nachteil nicht seinen selbst erzeugten Strom nutzen zu können, erhöht die Wertschöpfung ;)
: in 2 Jahren haben wir noch nicht einmal ein ordentliches BEV-Angebot im Vergleich zu den Verbrennern. H2 dauert mindest noch 10 Jahre. Bis dahin haben sich die Akkus soweit verbessert und verbilligt, dass der angebliche Reichweitenvorteil von H2 keiner mehr ist. Im übrigen geht das mit dem Tanken in 3min auch nur für die ersten 3-4 Tankvorgänge, dann muss erstmal wieder Druck aufgebaut werden und man wartet dann halt darauf.

Dieses Wunderding bewegt sich im Kleinwagen-Leistungsbereich. Ob da die kombinierte Wasserstoff-Batterietechnik wirklich bezahlbar ist, darf bezweifelt werden. Aber in Österreich soll nun mal die teurere Wasserstofftechnik gepusht werden.

Alleine schon die teilnehmenden Firmen machen die Lobby sichtbar – AVL, Hörbiger, Magna, ElringKlinger, TU Graz, TU Wien, HyCentA und IESTA.
Ich schließe mich ganz klar Agora an – https://www.agora-verkehrswende.de/presse/newsuebersicht/mit-technologieneutralitaet-zur-klimaneutralitaet-1/ – „Die umfangreiche Prüfung verschiedener Technologieoptionen anhand von mehr als zwei Dutzend Einzelaspekten kommt zu dem Ergebnis, dass von den zur Debatte stehenden innovativen Antriebskonzepten bei Pkw und im Güternahverkehr batterieelektrische Antriebskonzepte „einen erheblichen Vorsprung haben“ – verglichen mit der Nutzung von Wasserstoff in Brennstoffzellen und synthetischen Kraftstoffen in Verbrennungsmotoren. Dies spreche für „einen zielgerichteten Einsatz technologiespezifischer Instrumente in diesen beiden Entscheidungsfeldern“.
„Wer in der aktuellen Debatte die reine Lehre der Technologieneutralität postuliert, nimmt de facto in Kauf, dass der notwendige Umstieg auf klimaverträgliche Antriebstechnologien verschleppt wird“, sagt Christian Hochfeld, Geschäftsführer von Agora Verkehrswende.

Und auch hier – http://www.alainveuve.ch/wp-content/uploads/CO2-Emissionsvergleich-Rotta.pdf – ist der Vorteil des BEV klar ersichtlich!

Abgesehen von der deutlich schlechteren Effizienz eines Brennstoffzellenfahrzeuges handelt es sich hier um ein BEV mit kleinerem Akku, weswntlich höheren Service/Wartungskosten (2 Systeme), weniger Platzangebot wegen zusätzlichem Tank und sehr hohem Kaufpreis (80.000€).

Ganz klar gegen einen derartigen PKW spricht die nicht geklärte Herstellung von Wasserstoff!
Ich setze voraus dass für die Herstellung nur Strom aus EE in Frage kommt (die selbstverständlichen Gründe brauchen hier sicherlich nicht angeführt werden).
Abgesehen davon dass wir in Österreich (gilt ebenso, wenn nicht noch mehr, für Deutschland) noch sehr weit weg sind um den AKTUELLEN Strombedarf mit EE abzudecken (politische Windkraftverweigerung östlich der Linie Niederösterreich/Steiermark!), wird sich ganz sicher kein Hersteller darauf einlassen eine Elektrolyse sporadisch bei überschüssiger EE-Produktion zu betreiben.
Eine derartige Anlage läuft ganz sicher 24/7, ansonsten kommen horrende Kosten pro Kilogramm Wasserstoff zusammen.
Somit bleibt nur die Auslagerung der Wasserstoffproduktion in „Sonnenverwöhnte“ Regionen, was nach Öl/Gas abermals in direkte Abhängigkeit führt.

Bleibt die Frage warum wird der Wasserstoff-PKW immer wieder ins Spiel gebracht?
Ich denke es geht hier in erster Linie um die immer noch großzügig ausgeschütteten Fördergelder die gerne angenommen werden.
Der tatsächliche Fortschritt ist, m. A. nach, seit Jahrzehnten sehr bescheiden.
In der Akkuzellenforschung wären diese Gelder sicherlich besser aufgehoben.

„Man muss anerkennen, dass Menschen weit weniger denken, als sie denken zu denken.“
Sophie Karmasin, Meinungsforscherin

Überlegt mal ein BEV auch in 3-5 Minuten laden zu wollen. Bei 150 kWh Batteriekapazität und einem Verlust beim Schnelladen entspricht das einer Ladeleistung von mindestens 12*150 kW (5 Minuten) = 1,8 MW. Das entspricht dem Laden eines Autos. Multipliziert mit der Anzahl gleichzeitig ladender Autos an einem Standort oder unmittelbarer Nähe… Das sehe ich noch als Herausforderung. Wie soll so viel Energie über eine Infrastruktur zur Verfügung gestellt werden? Die Rechnung für Batterie-LKWs, die praktisch nie stehen sollten, möchte ich gar nicht erst aufmachen, aber das ist ein anderes Thema…

Wasserstoff als Puffer für erneuerbare Energien macht meiner Meinung nach absolut Sinn. Erzeugte elektrische Energie z.B. aus Erneuerbaren Energien, die man in BEVs übertragen möchte, muss praktisch sofort verbraucht, aber vorerst zum Verbraucher transportiert werden. Beide Faktoren stellen zumindest momentan noch eine ernsthafte Herausforderungen dar.

Wasserstoff hat mehrere Probleme, von denen die Wasserstofflobby bisher nie konkrete Fakten vorgelegt hat.
1.) nur grüner Wasserstoff würde wirklich Sinn machen – der „blaue“ erzeugt bei der Abspaltung von Erdgas CO2 – hier würde ich gerne einmal valide Zahlen sehen
2.) wie viel teurer ist eigentlich die zusätzliche Brennstoffzelle mit allen benötigten Anbauteilen im Gegensatz zum BEV mit jeweiliger bevorzugter Batteriegrröße (z.B. 40 KWh Stadtauto; 75 KWh Mittelklasse oder gar 150 KWh Langstrecke)
3.) wie sieht es eigentlich mit Haltbarkeit und Wartungsarbeiten bei der Brennstoffzelle aus z.B. bei 100.000 km, 300.000 km, 500.000 km
4.) wie teuer ist der Akkutausch nach 1000 Ladezyklen mit einer 3 KWh Pufferbatterie – man hört von sehr teuren Austauschkosten (Renault Zoe!)
5.) Wie lange wartet der 4. Wasserstoffkunde an der Tanke in der Ferienzeit wirklich?
6.) wie teuer wird nicht subventionierter Wasserstoff erst, wenn subventionierter Strom bei IONITY heute schon 79 Cent KWh kostet – ich weiß – an der Autobahn ist Benzin/Diesel auch teurer ha ha ha
7.) Wasserstoff werde ich zu Hause wohl kaum tanken können – PV Strom für etwa 3-4 Cent KWh sehr wohl – und zwar von Mai bis Oktober statt diesen für 11 Cent KWh einzuspeisen.
Fazit
Hierüber sollten alle Wasserstofffans ersteinmal nachdenken bzw. ehrliche valide Antworten geben

Vergesst nicht die 700 kg fur ca 300 km Reichweite bei ca. 2500 kg. leergrwicht bei einem elektroauto das in wenigen Sekunden auf 100 beschleunigt wo ist da die Zukunft Zukunft?

Wenn man die angesprochenen Nachteile von klassischen BEV (Reichweite, Ladezeit etc.) vermeiden und die Ökoblanz verbessern möchte, gibt es ein einfaches Konzept mit wechselbaren Zusatzakkus:
https://www.goingelectric.de/forum/viewtopic.php?f=12&t=54116&sid=047e6710b1469f51e3c29277357ccb3d
Hier bleibt man auch für den „Range Externder“ bei der gleichen Technik (Akku) und muß das zusätzliche Gewicht nicht ständig mitschleppen. Ökobilanz und Anschaffungskosten des Fahrzeuges werden deutlich verbessert, da für die gesamte Fahrzeugflotte nur noch die halbe Akkukapazität benötigt wird, ohne dass man dafür Nachteile in Kauf nehmen muss.

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