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P. Froeschle / Daimler AG

Antriebssysteme für elektrisch angetriebene

Fahrzeuge

Energiespeichersymposium Stuttgart 2012

Dr. J. Wind, Daimler AG

2 Dr. J. Wind / Daimler AG / 07.03.2012

Langstrecke Überlandverkehr Stadtverkehr

Effiziente Verbrennungsmotoren

Hybridantriebe

Plug-In / Range Extender

Elektrofahrzeuge mit Brennstoffzelle

Elektrofahrzeuge mit Batterie

B-Klasse F-CELL

smart fortwo electric drive

Concept BlueZERO E-CELL PLUS

S 400 HYBRID

E 250 CDI BlueEFFICIENCY

Unterschiedliche Mobilitätsszenarien

Die Mobilität von Morgen

Emissionsfreie Mobilität Verbrennungsantrieb


Zukünftige Mobilität ist durch die Elektrifizierung des

Antriebstrangs gekennzeichnet

Grad der

Elektrifizierung

Verbrennungsmotor

(Benzin / Diesel)

Elektroantrieb

„emissionsfrei“

100% 0%

Mild Hybrid

Full Hybrid

Batterie Plug-In Hybrid

(parallel)

Plug-In Hybrid (seriell/

Range Ext.)

Brennstoff-zelle

Start/ Stop

(RSG)

S 400

Hybrid

Hybride

A-Klasse

BlueEfficiency

ML 450

Hybrid

S 500

Plug-in B-Klasse F-CELL

smart electric

drive

Concept B-Class

E-CELL Plus


Mild-Hybrid-Batterie: S400 Hybrid

Technische Daten Batterie

Anzahl Zellen 35

Zell-Kapazität 6,5 Ah

Kapazität 0,82 kWh

Spannung 126 V

Max. Leistung 24 kW

Spez. Leistungsdichte 35 Wh/kg

Volumen 12,4 l

Gewicht 23,5 kg

Kühlmodul

Lithium-Ionen-

Zellen

Batteriemanag-

mentsystem

Kältemittel-

anschluss

Hochvolt-

anschluss

Zellspannungs-

überwachung


Schlüsselkomponenten von BZ-Fahrzeugen

Batterie

H2 Drucktanks

Brennstoffzellenstack

Elektromotor

Energiesteuerungs-

gerät Brennstoffzellen-

system

Leistung: 80/90kW

Kaltstartfähigkeit: - 25°C

Zellen: 396

Brennstoffzellensystem

Druck: 70 MPa

Kapazität: 3,7 kg H2

Betankungszeit: ~ 3 min (SAE J2601 A70)

H2 Drucktanks

Technologie: Li-Ion

Leistungsabgabe: 30/34 kW

Energiegehalt: 1,4 kWh

Batterie


Wesentliche Sicherheitstests mit Wasserstoff-Tanks

Burst Test

Ambient Temperature

Pressure Cycle Test Boss Torque Test

Vibration Test

Ambient Temperature

Pressure Cycle Test

Leak-Before-Break

Performance Test

Penetration Test

Chemical Exposure Test

Composite Tolerance

Test

Impact Damage Test

Accelerated Stress

Rupture Test

Extreme Temperature

Pressure Cycling Test

Leak Test

Permeation Test Hydrogen Gas Cycling

Test


B-Klasse F-CELL

Nächste Generation des BZ-Antriebs:

• Höhere Stacklebensdauer (>2000h) • Leistungssteigerung • Höhere Zuverlässigkeit • Kaltstartfähigkeit • Li-Ionen Batterie

Größe - 40%

[l/100k

m

Verbrauch - 16%

[kW]

Leistung +30%

Entwicklungsfortschritte B-Klasse F-CELL –

Brennstoffzellenfahrzeug der nächsten Generation

[km]

Reichweite +135%

Technische Daten

Fahrzeugtyp Mercedes-Benz A-Klasse

BZ-System PEM, 69 kW (94 PS)

Antrieb

Elektro-Asynchron Motor

Leistung (konst. / max.):

45 kW / 65 kW (87 PS)

Max. Drehmoment: 210 Nm

Kraftstoff Wasserstoff (350 bar)

Reichweite 170 km (NEDC)

Höchstgeschw. 140 km/h

Batterie

NiMh, Leistung (min.):

20 kW (27 PS);

Kapazität: 6 Ah, 1.2 kWh

Technische Daten

Fahrzeugtyp Mercedes-Benz B-Klasse

BZ-System PEM, max. 90 kW (122 PS)

Antrieb

Permanenterregte Synchron-Motor

Leistung (konst. / max.):

70 kW / 100 kW (136 PS)


Kraftstoff Wasserstoff (700 bar)

Reichweite ca. 400 km (NEFZ)

Höchstgeschw. 170 km/h

Batterie

Li-Ion, Leistung (min.):

24 kW / 30 kW (40 PS);

Kapazität 6.8 Ah, 1.4 kWh

A-Klasse F-Cell


Mercedes-Benz F-CELL World Drive 2011

• 125 Tage

• 14 Länder

• Über 30000 km

• 4 Kontinente

• Erste Weltumrundung mit Brennstoffzellenfahrzeugen.

• Mit dem F-CELL World Drive demonstriert Mercedes-Benz (MB) die technische Reife und Leistungsfähigkeit der

Brennstoffzellentechnologie und zeigt deren Potenziale für eine nachhaltige Mobilität auf.

• Die B-Klasse F-CELL steht bei MB stellvertretend für die Neuerfindung des Automobils.

• Die B-Klasse F-CELL ist voll alltagstauglich: sie ermöglicht eine große lokal emissionsfreie Reichweite in Kombination

mit kurzer Betankungszeit.

• Mit dem F-CELL World Drive appelliert MB an alle Beteiligten, den Ausbau der Wasserstoff-Infrastruktur zu forcieren.

• Konvoi mit 24 Fahrzeugen

• 2 Tank-Stopps am Tag

• Längste Etappe: 330km mit einer

Tankfüllung


Die Zukunft der Brennstoffzellentechnologie

Das Mercedes-Benz Forschungsfahrzeug F 125! zeigt

das Potential der Brennstoffzellentechnologie

Durch eine weitere Modularisierung der BZ-spezi-

fischen Komponenten wird das Packaging zukünf-

tiger Generationen von BZ-Fzgen vereinfacht

Packaging Konzept

Heute … … in Zukunft

Elektromotor

mit Getriebe

Elektromotor Wasserstofftanks

Li-Ion Batterie

Brennstoffzelle

The fuel-cell system can be placed in fully below

the front hood

1,000 km emission-free driving

Future generation hydrogen storage- and battery

technology


Technischer Aufbau einer Wasserstofftankstelle

Aktueller technischer Stand der Wasserstoff-Tankstellen:

Vorkühlung auf -40° Celsius

Abgabedruck Wasserstoff 350 und 700 bar

Infrarot-Schnittstelle zur Datenkommunikation

Standard: SAE J2601, SAE J2799

Betankungszeit: ca. 3 Minuten für die B-Klasse F-CELL (ca. 4 kg Wasserstoff)

Modularisierter Aufbau / skalierbar


Deutsche Initiative “H2-Mobility“

Involvierte Firmen und Organisationen

Durchführung der Maßnahmen in zwei Phasen

Phase 1: 2009 – 2012

Entwicklung eines Business Plans und Joint Venture Verhandlungen. Das Ziel ist ein Aufbauplan für eine

flächendeckende Wasserstoff-Infrastruktur.

Phase 2: 2012+

Gründung eines Konsortiums und Aktionsplans für den Aufbau eines Wasserstofftankstellen-Netzwerks

Eine starke Partnerschaft motivierter Teilnehmer

Deutschland als Vorreiter in Europa

Führende Industrieunternehmen wollen einen Aufbauplan für

eine flächendeckende Wasserstoffinfrastruktur

Bedeutende Ausweitung des Wasserstofftankstellen-Netzwerkes

Wichtiger Meilenstein auf dem Weg zu emissionsfreier Mobilität

Initiative “H2-Mobility” – Deutschland als Vorreiter in

Europa für die Wasserstoff-Infrastruktur


Daimlers Entwicklungs-Historie von Batteriefahrzeugen

Flotten-

tests

Klein-

serie

1972 1979 1982 1988 1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 2010

Transporter

Personenkraftwagen

2006 2008

LE 306

„electro

transporter“

BR 307E

„Elektro-

transporter“

W123

T-Modell

BR 308

T1

MB100

W201

190er

W202

C-Klasse

Sprinter

308E

Vito 108E

Vision A93

W168

A-Klasse

MB 410E

smart ev

1. Gen.

smart ev

Concept

smart ev

2. Gen.

A-Klasse

E-CELL

Vito W639

Konzept- und Machbarkeitstudien Serie

2012

smart ev

3. Gen.

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/0/02/Studie_A_93.jpg

http://www.spiegel.de/fotostrecke/fotostrecke-23154-7.html

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/0/02/Studie_A_93.jpg

http://www.spiegel.de/fotostrecke/fotostrecke-23154-7.html


„e-mobility Berlin-Hamburg“

• Das weltweit größte Gemeinschaftsprojekt

für klimafreundliches Fahren mit Elektroautos

• 200 Elektrofahrzeugen der Marken

Mercedes-Benz und smart im Einsatz

• Wichtiger Meilenstein zur Erlangung von

serienfähigen Batteriefahrzeugen

• Analyse des Kundennutzungsverhalten, des

Fahrzeugs, der Infrastruktur, der

Kommunikation und der Abrechnung

Technische Daten

Fahrzeug smart fortwo electric drive A-Klasse E-CELL

Motor Leistung: 30 kW (41 PS)


Leistung: 70kW (95 PS)


Reichweite 135 km 255 km

Geschwindigkeit 100 km/h (begrenzt) 150 km/h

Batterie Li-Ion, Kapazität: 16,5 kWh Li-Ion, Kapazität: 35,5 kWh

smart electric drive Phase 2

A-Klasse E-CELL

Daimler vertreibt ab 2012 mit der Markteinführung des smart fortwo electric drive der dritten

Generation Elektrofahrzeuge mit Batterie kommerziell


Flottenerprobung des Elektro-Vitos bei

ausgewählten Kunden ab 2010

Auslieferung von über 100 Vito E-CELL an 20 Kunden (Firmen-

kunden und öffentliche Institutionen) im Laufe des Jahres 2010

Einsatzgebiet: Innerstädtischer Lieferverkehr mit maximal 80

Kilometer Fahrleistung pro Tag

Keine Einschränkungen des Innenraums

Planung von weiteren 2000 Vito E-CELL im nächsten Schritt

Technische Daten

Fahrzeug Vito E-CELL

Motor Leistung: max. 90 kW (122 PS)


Höchstgeschw. 80 km/h (begrenzt)

Reichweite 130 km (NEFZ)

Lebensdauer 4 Jahre

Batterie Kapazität: 16 Ah, 32 kWh


smart ed (Phase 2) A-Klasse E-CELL

Weltweiter Flottenbetrieb in verschiedenen

Demonstrationsprojekten in Nordamerika,

Europa und Asien seit 2010

Einsatz von 2000 smart fortwo electric drive,

500 Mercedes-Benz A-Klasse E-CELLs und

450 Vito E-CELL

Ab 2012 wird der smart fortwo electric drive

(der dritten Generation) das erste

kommerziell vertriebene Elektrofahrzeug

von Daimler sein

Technische Daten

Fahrzeug smart fortwo electric

drive (Phase 2) A-Klasse E-CELL Vito E-CELL

Motor Output: 30 kW (41 PS)

Drehmoment: 120 Nm

Output: 70kW (95 PS)

Drehmoment : 290 Nm

Output: 90 kW (122 PS)

Drehmoment : 280 Nm

Reichweite 135 km 255 km 130 km

Höchstgeschw. 100 km/h (limited) 150 km/h 80 km/h (limited)

Batterie Lithium-Ionen-Batterie,

Kapazität: 16,5 kWh

Lithium-Ionen-Batterie,

Kapazität : 35,5 kWh

Lithium-Ionen-Batterie,

Kapazität : 32 kWh

Daimler hat das Ziel Elektrofahrzeuge in absehbarer Zeit kommerziell zu vertreiben

Vito E-CELL

Weltweiter Flottenbetrieb mit Daimler Batteriefahrzeugen


Ladeinfrastruktur

Ladung Ein- oder Dreiphasig

Ladeleistung bis 43 kW

Verschiedene Steckerstandards in USA und Europa zu erwarten

Kommunikation: Erdung und Ladeleistungsbegrenzung durch Pulsweitenmodulation

Kosten pro Ladestation in der Anfangsphase etwa 3.000 €

Ladezeiten (ca. 30 kW): - zu Hause (1-phasig / 7 kW): ca. 6 Stunden

- öffentl. Ladestationen (3-phasig / 22 kW): 2 - 3 Stunden

- öffentl. Ladestationen (3-phasig / 43 kW): ca. 1,5 Stunden


Modulstrategie als Voraussetzung für Wirtschaftlichkeit

smart electric drive A-Klasse E-CELL

Hochenergie-Batterie

16,5 kWh / 30 kW

Onboard-Ladegerät

3,3 kW

1x 2x

B-Klasse F-CELL

Integrierter

Antriebsstrang (IPT)

E-Motor, Getriebe,

Leistungselektronik

100 kW / 290 Nm

1x

1x

Brennstoffzellensystem (BZS)

80 kW

Wasserstoff-Tanksystem

Größenanpassung (4kg / 35kg)

2x BZS

Citaro FuelCELL-Hybrid

Weitere Gleichteile

Hauptkühler

Kühlpumpe

Klimakompressor


Stärken • Kurze Betankungszeiten und hohe Reichweite • Brennstoffzellenantrieb auch für größere PKW und Nutzfahrzeuge

anwendbar

• Beste Energieeffizienz und geringsten Emissionen aller Antriebsmethoden

• Lange Ladezeiten • Hohe Batteriekosten • Lebensdauer und Kapazität der Batterie • Ladeinfrastruktur nicht vorhanden

• Hohe Komponentenkosten • Lebensdauer Brennstoffzelle • Umweltfreundliche Herstellung von Wasserstoff • H2-Infrastruktur noch nicht vorhanden

Eigenschaften der Batterie- und BZ-Fahrzeuge

Heraus-forderungen

Batterie- und Brennstoffzellenfahrzeuge ergänzen sich in ihren Eigenschaftsprofilen und erfüllen dadurch sämtliche Mobilitätsanforderungen

Nutzungsprofil Lokal emissionsfreies Stadtfahrzeug mit sehr niedrigen Betriebskosten und ausreichenden

Fahrleistungen

Batteriefahrzeuge Brennstoffzellenfahrzeuge

Nutzungsprofil Lokal emissionsfreies Fahrzeug mit hoher

Ladekapazität, großer Reich-weite und guten Fahrleistungen

Gemeinsame Stärken

• Reduzierung von Treibhausgasen durch null Emissionen Fahrzeuge

• Effiziente Nutzung von Energie • Unabhängigkeit von Erdöl • Geringe steuerliche Belastung • Sehr niedrige Betriebskosten • Dynamik und Komfort mit dem Elektroantrieb • Geringe Geräuschentwicklung


Überblick E-Drive Varianten – Masse and Volumen

des Antriebsstrangs für eine Reichweite von 500km1)

Diesel Plug-In Hybrid BEV 2) FCV 3)

Packaging

Energiespeicher-

ung (Art + Gewicht) Tank 45 kg

Tank,

Batterie (14,6 kWh)

E-Range 70 km

Batterie (100kWh)

E-Range 500 km

180 kg 830 kg H2-Tank,

Batterie (1,4 kWh)

E-Range 2-5 km

131 kg

Energieübertragung

(Art + Gewicht)

ICE

Transmission 215 kg

E-Motor, Getriebe,

Konverter

ICE, Generator,

Konverter

275 kg E-Motor,

Getriebe,

Konverter

147 kg

E-Motor, Getrie-

be, Konverter,

HV DC/DC

FC System

276 kg

Gewicht

Antriebsstrang (AS) 977 kg 407 kg 455 kg 260 kg

Volumen AS 125 l 319 l 760 l 480 l

Aus Gewichtsgründen können BEVs mit einer Reichweite von 500 km nicht realisiert werden

1) B-Klasse in NEDC 2) BEV: Battery Electric Vehicle 3) FCV: Fuel Cell Vehicle


Danke für Ihre Aufmerksamkeit!

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