RAAK - HyMotive
Hydrogen in Automotive Applications
Hans Bosma
HAN Automotive

Achtergrond RAAK
RAAK: Regionale Aktie en Aandacht
voor Kenniscirculatie
Subsidieregeling van Ministerie van OCW
Uitvoering door Stichting Innovatie Alliantie
Doelstelling RAAK-MKB:
verbetering van kennisuitwisseling tussen HBO en
MKB in regionale innovatieprogramma's (bv. HyMotive)
versterken van kennisbrugfunctie die HBO kan hebben
in relatie tussen MKB en totaal van kennisinfrastructuur
2

Achtergrond RAAK
In aanpak van regionale innovatieprogramma binnen
RAAK is herkenbaar:
Ambitie om kwalitatief en kwantitatief tot een
fundamentele verbetering te komen van de aanhaking
van het MKB aan de kennisinfrastructuur
Focus gericht op het verbeteren van het proces van
kenniscirculatie tussen MKB en kennisinstellingen
Uniek in aanpak is verbinding van innovatiepotentieel
op regionaal niveau en koppeling van dat potentieel
aan de (inter)nationale kennisinfrastructuur
3

RAAK - HyMotive
Creeren van kennisinfrastructuur ter ondersteuning
van de introductie van waterstoftechnologie in de
automotive sector
Aansluiten bij ambitie van de regio Arnhem om hét
centrum van de waterstof- en brandstofcelindustrie
van Nederland te zijn en op te treden als
toeleverancier van de automotive sector
Vergroten van maatschappelijk draagvlak door
zichtbaar maken van technologie en verstrekken van
informatie
4

RAAK - HyMotive
Uitvoering van een projecten, voortkomend uit vragen
vanuit het MKB
Verbindend element: waterstof/brandstofceltechnologie en
introductie in automotive branche
Resultaten toepasbaar door het MKB in haar
bedrijfsvoering
Verankering van resultaten en verwerking in
onderwijs door HBO
Looptijd: 1 mei 2007 – 1 juli 2009
Uitvoering: Lectoraat Voertuigmechatronica
5

RAAK - HyMotive
Vraag naar energie voor vervoer groeit wereldwijd
broeikaseffect / schadelijke emissies
Fossiel afnemende reserves
afhankelijk van politieke, economische en
ecologische factoren
hybrides
Duurzame alternatieven elektrisch HyMotive
waterstof
6

RAAK - HyMotive
Projecten op het gebied van:
Voertuigen op waterstof
verbrandingsmotor
brandstofcel brandstofcel-hybride
Elektrische voertuigen
7

RAAK – HyMotive projecten
Waterstof in verbrandingsmotoren
Honda Civic GX op aardgas/waterstof
lean burn lage emissie (NOx)
hoog vermogen door toepassing drukvulling
aanpassing motormanagement
8

RAAK – HyMotive projecten
Waterstof in verbrandingsmotoren
bi-fuel Subaru Impreza WRX STI (benzine/waterstof)
gescheiden brandstofsystemen
opslagdruk H2 350 bar
vermogen > 200 pk
RDW
9

Werking PEM-brandstofcel
anode:
2 H2 4 H+ + 4 e-
kathode:
O2 + 4 e- + 4 H+ 2 H2O
overall reactie:
2 H2 + O2 2 H2O

PEMFC in hybride aandrijflijn
Serie hybride brandstofcel-elektrische aandrijflijn
Chevrolet Volt
ancillary
devices
DC/DC electric
fuel cell battery inverter differential
converter motor
Energieomzetting:
chemisch elektrisch mechanisch

PEMFC in hybride aandrijflijn
Parallel hybride brandstofcel-elektrische aandrijflijn
Ford Escape Hybrid
battery
supercap
ancillary
devices
DC/DC electric
fuel cell inverter differential
converter motor
Energieomzetting:
chemisch elektrisch mechanisch

RAAK – HyMotive projecten
Waterstoflaboratorium
Testfaciliteit voor brandstofcelsystemen tot 10 kWe
Inzetbaar voor onderzoek en onderwijs door/aan
docenten, labmedewerkers en studenten
Bijdrage van gemeente Arnhem
Opening tijdens “Connecting Clean Mobility” (15/11/07)
13

RAAK – HyMotive projecten
Brandstofcelhybride energievoorziening voor
vorkheftruck
gestart vanuit HyMotive
voortgezet met steun van
provincie Gelderland
14

RAAK – HyMotive projecten
Ontwikkeling DC/DC-converter
Voor people mover
Voor vorkheftruck
15

RAAK – HyMotive projecten
Analyse van hybride aandrijvingen (Toyota Prius,
Honda IMA)
Projectgroep Plug-in Prius
Analyse van de aandrijflijn
Analyse van verschillende rijsituaties
Well to Wheel analyse
Effect van Plug-in op CO2-emissie en kosten
Analyse van en metingen aan de Honda Civic Hybrid
16

RAAK – HyMotive projecten
Ontwikkeling elektrische Burton
Actieradius / topsnelheid
Prijs
17

RAAK – HyMotive projecten
Testopstelling voor brandstofcelhybride aandrijflijnen
onder praktijkcondities (ritcycli)
Energiemanagement van theorie naar
voor hybride aandrijving: implementatie
18

RAAK – HyMotive projecten
Testopstelling voor brandstofcelhybride aandrijflijnen
48 Volt DC bus
Electronic load
simulating Asynchronous
System
FC System NiCd battery
layer
DC-DC Air Inverter drive motor Eddy current
8 kW 48 V
converter Conditioning 450 A 8kW brake
~40 V 185 Ah
1kW-2kW 130 Nm
50% duty cycle
Compressor
Road load
Control
speed FC Energy
layer
Torque
Temperatures management Motor speed
Vehicle inertia
H2 supply strategy
(partial)
safety
stack voltage
stack current
Data acquisition
Stack in/out
water temp. battery current
A/C power motor motor speed
layer
Air flow output voltage battery voltage
consumption temperature motor torque
H2 mass flow output current state of charge
Anode/cathode
pressures
air inlet temp.
Line input power
19

RAAK – HyMotive projecten
Rekenmodellen voor simulatie van brandstofcelhybride
voertuigen
simulatie experimentele validatie
w_wheel w_wheel w_trans w_gear
v v
dw_wheel dw_wheel dw_trans dw_gear P_EM
dv dv T_wheel w_Trans
T_wheel T_trans T_gear
T_gear
Vehicle Simple Transmission T_trans Electric Motor
i
Hydraulic brake
Terminator P_airco
x_tot Airco
Driving Cycle
kg H 2/100 km
P_dem and P_in_FC P_in P_out P_in P_FC P_fuel
kg H2 / 100 km
J/100 km
SOC P_BT Electrical power link Fuel Cell
Joule / 100 km
Uklem
Hybrid Power Control - Strategy 1 x_tot
J
P I
Joule
SOC Energy Source
Scope BT
NiCd Battery
20

RAAK – HyMotive projecten
Rekenmodellen voor simulatie van brandstofcelhybride
voertuigen
AGV - Part cycle velocity AGV - Part cycle wheel power
8 10000
7
5000
6
Velocity [m/s]
Wheel power [W]
5 0
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180
4
-5000
3
2 -10000
1
-15000
0
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 -20000
Time [s] Time [s]
AGV - Part cycle total power demand
15000
10000
Total power demand [W]
5000
0
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180
-5000
-10000
Time [s]
21

RAAK – HyMotive projecten
Rekenmodellen voor simulatie van brandstofcelhybride
voertuigen
AGV - T otal cycle Power from fuel cell to battery AGV - T otal cycle Battery voltage
3000 58
2500 56
Battery voltage [V]
2000 54
Power [W]
1500 52
1000 50
500 48
0 46
0 500 1000 1500 2000 2500 0 500 1000 1500 2000 2500
Time [s] Time [s]
P stack P charge P loss Measurement Simulation
AGV - Part cycle 1 Battery voltage
58
56
Battery voltage [V]
54
52
50
48
46
44
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180
Time [s]
Measurement Simulation
22

RAAK – HyMotive projecten
\"Mobile Hydrogen Network“
Lectoraat is (mede)organisator van symposia over
schone mobiliteit en waterstof:
- Connecting Clean Mobility 2007
- Jaarvergadering NWV 2008
- Symposium elektrische, hybride en brandstofcel-
voertuigen 2008
Ontwikkeling van actueel lesmateriaal:
minor, master, PHBO Hybrides
23

RAAK – HyMotive
Bedankt voor uw aandacht!
24