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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