Herausforderungen bei der

Massenproduktion von

Brennstoffzellenfahrzeugen

Andy Fuchs

Toyota Motor Europe – Berlin Office

Hochschule Karlsruhe

Technik & Wirtschaft

Karlsruhe, den 11.05.2016

August 1888

Quelle: Daimler AG

Annual greenhouse gas emissions (1,000 Tg CO2 Eq./year)

140

120

100

80

60

40

20

0

20

2000 2020 2040 2060 2080 2100

Klimawandel

Source: From the IPCC Working Group III 5th Assessment Report (2014)

Full-scale initiatives to reduce CO2 emissions Zero or less

Baseline scenario (+3.7~4.8℃)

(RPC8.5)

Below 2℃ scenario (RPC2.6)

Bei Treibhausgasen gilt es keine Zeit zu verlieren

Toyota's 6 Herausforderungen

Challenge 1:

New Vehicle Zero CO2

Emissions Challenge

5

Die Rolle von Wasserstoff in einer nachhaltigen Gesellschaft

EVs/PHVs

Electricity

storage

facilities Thermal

power

generation

Power generation units

Automotive fuel

Hydrogen

tanks

Biomass

Wastewater

Photovoltaic

generation

Wind power

Renewable

Energy

Fossil Fuels Electricity Grid

Hydrogen Grid

Hydrogen-Electricity Conversion

High-volume,

long-term storage

Electrolysis

Industry

FCV passenger

vehicles/FC buses

Urban/

residential

HVs

Refineries/chemical plants

Chemical

plants

Urban/

residential

Urban/

residential

Energiefluss

Elektrizität

Wasserstoff

Fossile Brennstoffe

Toyotas Vision zukünftiger Mobilität

EVs: Kurzstrecke; HVs & PHVs: Hauptnutzung; FCVs: Mittel- und Langstrecke

Short-distance

commuter vehicles

Travel distance

Fuel Electricity Gasoline, diesel, biofuels, CNG, synthetic fuels, etc. Hydrogen

Home delivery

vehicles

EVs

HVs

PHVs

FC buses

FCV

passenger

vehicles

Ve

hic

le s

ize

Passenger cars

Route buses

Personal mobility

EVs

HVs/PHVs

FCVs

Home delivery trucks

Full-size trucks

Always A Better Way

Sys

tem

kost

en

Vorteile für FCEV

Systemkostenvergleich EV / FCV

Vorteile für EV

EV

Reichweite

FCEV

Always A Better Way

Kostenentwicklung Batterie / Brennstoffzelle

Always A Better Way

Quelle: Toyota Technical Review

Kostenaufteilung der Brennstoffzellen-Systemkosten

Always A Better Way

Quelle: Toyota Technical Review

Life cycle Analysis LCA

Always A Better Way

Toyota Produktionssystem TPS

- Just in Time

- Jidoka

- Muda

- Reduce, reuse, recycle

Always A Better Way

Problem Abhilfe

Geringes Produktionsvolumen - Carry over von Teilen aus der Massenfertigung - Nutzung einer bestehenden Fertigungslinie - Standardisierung von Produktspezifikationen mit anderen OEMs

Komplexität des Brennstoffzellensystems - Vereinfachung/ Anpassung von Komponenten - Optimierung von Anforderungen an

Komponenten - Optimierter Systemaufbau

Hohe der Kosten der in Brennstoffzellen verwendeten Materialien

- Verringerung Materialaufwand - Substitution/ Entwicklung andere Materialien

Kostenanalyse Brennstoffzellenfahrzeug

Hybridtechnologie als Schlüsseltechnologie

Always A Better Way

Quelle: Toyota Technical Review

Kostenreduktion Vereinfachung Brennstoffzellensystem

Always A Better Way

Architektur Brennstoffzellenfahrzeug Toyota Mirai

Quelle:Toyota

Always A Better Way

Mirai- Brennstoffzellensystem

Always A Better Way

Endabnahme Wasserstoff Dichtigkeitsprüfung

Always A Better Way

- Karosseriestruktur - Tanksystem - H2 Sensoren

Wasserstoff Sicherheit

Always A Better Way

Mirai Sicherheit Ausführung Bodengruppe

Always A Better Way

Energieaufnehmendede Trägerstruktur Heckbereich

Quelle: Toyota Technical Review

Always A Better Way

Aufbau Tanksystem

Always A Better Way

Quelle: Toyota Technical Review

Druckbetankung - Standardisierung

Always A Better Way

Quelle: Toyota Technical Review

Drucktank - Standardisierung Prüfverfahren

Druckwechsellast-Test

Always A Better Way

Quelle: Toyota Technical Review

Drucktank - Standardisierung Prüfverfahren

Always A Better Way

Quelle: Toyota Technical Review

Drucktank - Standardisierung Prüfverfahren

Always A Better Way

Aufbau Drucktank

Quelle: Toyota Technical Review

Always A Better Way

Drucktank Weiterentwicklung Laminierungsmethoden

Quelle: Toyota Technical Review

Always A Better Way

Quelle: Toyota Technical Review

Drucktank Weiterentwicklung Laminierungsmethoden

Always A Better Way

Quelle: Toyota Technical Review

Drucktank Weiterentwicklung Laminierungsmethoden

Always A Better Way

Quelle: Toyota Technical Review

Drucktank Weiterentwicklung Laminierungsmethoden

- Zusammenhang Faserwinkel und Festigkeitseffizienz

Always A Better Way

Quelle: Toyota Technical Review

Drucktank Weiterentwicklung Spannungsminderung durch Neugestaltung des Ventilflansches

Always A Better Way

Quelle: Toyota Technical Review

Schutz der Drucktanks durch Protektoren

Always A Better Way

Spannungslagen FCHV adv vs. Mirai

Always A Better Way

Aufbau FDC (Fuel Cell DC-DC converter)

Always A Better Way

Verlustminderung durch leistungsabhängige Phasennutzung

Always A Better Way

Kaltstartfähigkeit

Always A Better Way

Quelle: Toyota Technical Review

Kaltstartfähigkeit Rapid warm-up control (Regelung Spannung / Strom)

Always A Better Way

Weiterentwicklung des Brennstoffzellenstacks

Always A Better Way

Quelle: Toyota Technical Review

Always A Better Way

Aufbau der Brennstoffzellen

Always A Better Way

Vergleich Zellaufbau Toyota FCHV adv und Mirai

Always A Better Way

Befeuchtung Membran ohne externen Befeuchter

Always A Better Way

Quelle: Toyota Technical Review

Interne Befeuchtung des Systems durch H2- Recirkulation

Always A Better Way

Reduzierung Platinbeladung Katalysator

Quelle: Toyota

Always A Better Way

Quelle: Toyota Technical Review

Kostenreduzierung durch Carbon Nanobeschichtung im

Bereich der Kathode

Always A Better Way

Mirai- Weiterentwicklung Zelle

Always A Better Way

Quelle: Toyota Technical Review

Aufbau/ Durchströmung der Brennstoffzellen

Always A Better Way

Quelle: Toyota Technical Review

Prozess der Zellfertigung

Always A Better Way

Prozess der katalytischen Beschichtung

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Quelle: Toyota Technical Review

Weiterentwicklung Fertigungsverfahren MEA

Always A Better Way

Quelle: Toyota Technical Review

Vereinfachung Prüfverfahren Zellen

Design- / Produktions- technologie

Limitierte Verkäufe

Massenfertigung

Lösung techn. Herausforderungen

Markteintritt Volumenmarkt

Kostenreduzierung

Skaleneffekte von FCVs in der Zukunft

Kostenreduzierung auf 5% im Vergleich zu FCHV-adv

(in 2015)

Weitere

Kosten-

reduzierungen

FCHV-adv 2008

Toyotas Vision zukünftiger Mobilität

EVs: Kurzstrecke; HVs & PHVs: Hauptnutzung; FCVs: Mittel- und Langstrecke

Short-distance

commuter vehicles

Travel distance

Fuel Electricity Gasoline, diesel, biofuels, CNG, synthetic fuels, etc. Hydrogen

Home delivery

vehicles

EVs

HVs

PHVs

FC buses

FCV

passenger

vehicles

Ve

hic

le s

ize

Passenger cars

Route buses

Personal mobility

EVs

HVs/PHVs

FCVs

Home delivery trucks

Full-size trucks

Always A Better Way

Hino Motors Corporation

FCV Bus

Toyota Motor Corporation

Mirai

Toyota Industries Corporation

FC Gabelstapler

Aisin Seiki Co, Ltd

Stationäre Kraftwärmekopplung

Brennstoffzellenanwendungen im Toyota Konzern

Vielen Dank!