17
La pile à combustible hydrogène comme prolongateur d’autonomie pour véhicules électriques «HYDROGÈNE: VISION FUTURISTE OU SOLUTION D’ACTUALITÉ?» CREM, 25 juin 2015

La pile à combustible hydrogène comme prolongateur d ... · La pile à combustible hydrogène comme prolongateur d’autonomie pour véhicules électriques «HYDROGÈNE: VISION

  • Upload
    lamdat

  • View
    220

  • Download
    0

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: La pile à combustible hydrogène comme prolongateur d ... · La pile à combustible hydrogène comme prolongateur d’autonomie pour véhicules électriques «HYDROGÈNE: VISION

La pile à combustible hydrogène comme prolongateur d’autonomie

pour véhicules électriques

«HYDROGÈNE: VISION FUTURISTE OU SOLUTION D’ACTUALITÉ?»

CREM, 25 juin 2015

Page 2: La pile à combustible hydrogène comme prolongateur d ... · La pile à combustible hydrogène comme prolongateur d’autonomie pour véhicules électriques «HYDROGÈNE: VISION

DC/AC

Electrolysisc

Grid

H2 O2

M

FC Battery

PV Panels

PV Surface: 70 mAnnual Mobility: 15’000 km

H2O

2

The Belenos concept

Solar Energy

Hydrogen

Battery

Fuel Cell

CONFIDENTIAL

Page 3: La pile à combustible hydrogène comme prolongateur d ... · La pile à combustible hydrogène comme prolongateur d’autonomie pour véhicules électriques «HYDROGÈNE: VISION

Electrolysis Hydrogen production

Conception of a test bench for small electrolyser stacks

Build a complete hydrogen filling station

Operate the filling station

CONFIDENTIAL

Electrolyser stack operated @ 30bar saving one compression stage Operate our proprietary

electrolyser

Page 4: La pile à combustible hydrogène comme prolongateur d ... · La pile à combustible hydrogène comme prolongateur d’autonomie pour véhicules électriques «HYDROGÈNE: VISION

CONFIDENTIAL

Fuel Cell Activity

Fuel Cell system design & construction and testing

Page 5: La pile à combustible hydrogène comme prolongateur d ... · La pile à combustible hydrogène comme prolongateur d’autonomie pour véhicules électriques «HYDROGÈNE: VISION

CONFIDENTIAL

Fuel Cell mobility tests on roads

Electric FC vehicle

Page 6: La pile à combustible hydrogène comme prolongateur d ... · La pile à combustible hydrogène comme prolongateur d’autonomie pour véhicules électriques «HYDROGÈNE: VISION

Fuel Cell Car experience

Test period (October 2011 – August 2012) :

FC System, max power 25 [kW]

Gas filling H2 350 [bar] , O2 130 [bar]

Drive test 5’000 [km] FC mode

�68% system efficiency in driving mode

Full Range 300 [km], mix drive max 100 [km/h]

Consumption H2 0.78 [kg/100km]

O2 6.80 [kg/100km]

CONFIDENTIAL

Page 7: La pile à combustible hydrogène comme prolongateur d ... · La pile à combustible hydrogène comme prolongateur d’autonomie pour véhicules électriques «HYDROGÈNE: VISION

Only 2 H2 station in Switzerland

CONFIDENTIAL

Page 8: La pile à combustible hydrogène comme prolongateur d ... · La pile à combustible hydrogène comme prolongateur d’autonomie pour véhicules électriques «HYDROGÈNE: VISION

Fuel CellSystem

10 kW

H2 StorageSystem

350 bar

55 kWh Chemical

M

400V

+

-

DC

DC

~ 230V

3kW

80V

+

-

CHARGER

INVERTER

Fuel cell range extender vehicle architecture

Electric drive integration

Fuel cell range extender integration

10 bar

350 bar

DC

AC

DC

AC

HV Batterie

60 kW / 31 kWh

CONFIDENTIAL

Page 9: La pile à combustible hydrogène comme prolongateur d ... · La pile à combustible hydrogène comme prolongateur d’autonomie pour véhicules électriques «HYDROGÈNE: VISION

Fuel cell system operation

Minimum power at 3kW :

• Best efficiency point

Fuel Cell System Efficiency

(DC/DC included)

Fuel Cell System power

(DC/DC included)

3 kW 10 kW

Strategy : Load following

• The fuel cell power follows the drivetrain demand

Option : Maximum power

• Possibility to switch the fuel cell to 10 kW continuously to recharge the battery.55%

• The fuel cell start/stop is selected by the driver.

CONFIDENTIAL

Page 10: La pile à combustible hydrogène comme prolongateur d ... · La pile à combustible hydrogène comme prolongateur d’autonomie pour véhicules électriques «HYDROGÈNE: VISION

Hybrid - fuel cell/battery - EV

Mass PowerChemicalEnergy

Electrical Energy

Range(NEDC)

Filling Time

HV Battery 210 kg 60 kW 31kWh 26 kWh(124 Wh/kg)

200 km 10 h

FC system 125 kg 10 kW 55 kWh 26 kWh(208 Wh/kg)

200 km 2 min

• The fuel cell system doubles the range of the vehicle.

• The fuel cell could also drive the vehicle when the HV battery is empty (with limited power).

Energy sources available in the vehicle.

CONFIDENTIAL

Page 11: La pile à combustible hydrogène comme prolongateur d ... · La pile à combustible hydrogène comme prolongateur d’autonomie pour véhicules électriques «HYDROGÈNE: VISION

Electric FIAT 500 with FC range extender

Batteries

Fuel Cell (FC) system information:

• Emissions = 0

• Electric power/peak = 20/60 kW

• Battery capacity = 26 kWh

• Battery weight = 210 kg

• Hydrogen capacity = 1.7 kg

• Fuel Cell power = 10 kW

• Battery driving range = 200 km

• H2 driving range = 200 km

• Total Range = 400 km

• Curb Weight = 1300 kg

• Number of seats = 4Drive train, power

electronics and Fuel Cell

H2 tank & security system control

CONFIDENTIAL

Page 12: La pile à combustible hydrogène comme prolongateur d ... · La pile à combustible hydrogène comme prolongateur d’autonomie pour véhicules électriques «HYDROGÈNE: VISION

Electric FIAT 500 with FC range extender

H2 tank (350 bar)

H2 filling nozzle

Power electronic

Electric drive

FC air compressor

Fuel Cell stack

Electric charge

Battery pack

CONFIDENTIAL

Page 13: La pile à combustible hydrogène comme prolongateur d ... · La pile à combustible hydrogène comme prolongateur d’autonomie pour véhicules électriques «HYDROGÈNE: VISION

Electric FIAT 500 with FC range extender

Energy management and driver interface

CONFIDENTIAL

Page 14: La pile à combustible hydrogène comme prolongateur d ... · La pile à combustible hydrogène comme prolongateur d’autonomie pour véhicules électriques «HYDROGÈNE: VISION

Test drive : «Normal» top range

0

20

40

60

80

100

120

140

0 50 100 150 200 250 300 350

Sp

ee

d [

km

/h]

Kilometers driven [km]

Vehicle Speed

Battery SOC

Filling H2

Vehicle speed (km/h)

Battery SOC (%)

H2 Fill level (%)

Date & Time: 17 Oct., 2013 Distance: 348km Battery used: 99%

Test Driver: A. Closset Max Speed: 120km/h Hydrogen used: 96%

Avg Speed: 53km/h

CONFIDENTIAL

Page 15: La pile à combustible hydrogène comme prolongateur d ... · La pile à combustible hydrogène comme prolongateur d’autonomie pour véhicules électriques «HYDROGÈNE: VISION

Test drive : Top range record

0

20

40

60

80

100

120

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450

Sp

eed

[km

/h]

Kilometers driven [km]

Vehicle Speed

Battery SOC

Filling H2

Vehicle speed (km/h)

Battery SOC (%)

H2 Fill level (%)

Date & Time: 20 Oct., 2013 Distance: 425km Battery used: 100%

Test Driver: M. Vögeli Max Speed: 110km/h Hydrogen used: 97%

Avg Speed: 73km/h

CONFIDENTIAL

Page 16: La pile à combustible hydrogène comme prolongateur d ... · La pile à combustible hydrogène comme prolongateur d’autonomie pour véhicules électriques «HYDROGÈNE: VISION

FIAT 500 Statistics

What Value

Distance 53'013 km

Average speed 48.4 km/h

Drivetrain consumption 193 Wh/km, (= 2.2Lessence/100km)

Vehicle ON time 1095 h

Average power demand 9.4 kW

Battery full cycles 272

Fuel cell ON time 525 h (48% of vehicle ON time)

Fuel cell average power 6.3 kW (including DC/DC)

H2 full filling 143 (= 244 kg H2)

Number of FC starts 1586

Average efficiency H2 tank to DC bus(including Stack, BoP, Purges, DC/DC)

41 %

CONFIDENTIAL

Page 17: La pile à combustible hydrogène comme prolongateur d ... · La pile à combustible hydrogène comme prolongateur d’autonomie pour véhicules électriques «HYDROGÈNE: VISION

CONFIDENTIAL

Conclusion

� Hydrogen fuel cell systems can be a reliable, CO2 free, range extender for electric vehicle.

� It is suitable for small fleets of vehicle when one invests in a hydrogen station.

� It can benefit from early national installation of hydrogen stations.� Hydrogen production by electrolysis will be supported by national

electric grid operators.

MERCI!