Brennstoffzellenelektrischer Traktor FCTRAC: Antriebsstrang, Thermalsystem, Wasserstoffspeicher und Leistung

Autor/innen

  • Johannes Konrad
  • Christian Varlese
  • Rudolf Krizan
  • Christian Junger
  • Peter Hofmann
  • Christian Mayer

DOI:

https://doi.org/10.15150/ae.2024.3314

Abstract

Im FCTRAC-Projekt wird basierend auf dem dieselmotorischen Spenderfahrzeug STEYR 4130 Expert CVT ein brennstoffzellenelektrischer Traktor entwickelt. Nach der Vorstellung des FCTRAC-Projekts wird die entwickelte Architektur des brennstoffzellenelektrischen Antriebsstrangs beschrieben, die eine mit dem Spenderfahrzeug vergleichbare Arbeitsleistung liefern soll. Die Beschreibung des Thermalsystems fokussiert sich auf die anspruchsvolle Wärmeabfuhr des Brennstoffzellenstacks. Die Auslegung des 700-bar-Wasserstoffspeichersystems wird unter Berücksichtigung der Fahrzeugrandbedingungen diskutiert. Schließlich befasst sich die Publikation mit der Prüfstandsvalidierung des FCTRAC-Antriebsstrangs. Diese bestätigt den simulativen Entwicklungsansatz und zeigt eine zum Spenderfahrzeug vergleichbare Leistung von 95 kW Dauerlast bei 35 °C Umgebungstemperatur ohne Derating.

Literaturhinweise

Back, P.; Hodel, B.; Pirro, P.; Stark, W. (2011): Replication of the DLG PowerMix Tractor Fuel Consumption Test in a Laboratory Environment. Agricultural Engineering, Conference Land.Technik AgEng 2011, VDI-Bericht 2124, pp. 209-216

Breu, W. (2023): Helios im Verbundprojekt H2 Agrar. 9. Fachtagung Hybride und energieeffiziente Antriebe für mobile Arbeitsmaschinen, Karlsruher Schriftenreihe Fahrzeugsystemtechnik 106

e-Mobil BW (2021): Systemvergleich zwischen Wasserstoffverbrennungsmotor und Brennstoffzelle im schweren Nutzfahrzeug. https://www.e-mobilbw.de/fileadmin/media/e-mobilbw/Publikationen/Studien/e-mobilBW-Studie_H2-Systemvergleich.pdf, accessed on 2 June 2024

Eckstein, C. (2017): Ermittlung repräsentativer Lastkollektive zur Betriebsfestigkeit von Ackerschleppern. Maschinenelemente und Getriebetechnik Berichte Bd. 26/2017, Dissertation, Technische Universität Kaiserslautern

Eilbote (2022): John Deere: Elektro-Konzeptstudie fortgesetzt. Eilbote 15, https://www.eilbote-online.com/artikel/john-deere-elektro-konzeptstudie-fortgesetzt-40210, accessed on 18 January 2024

European Commission (2019): The European Green Deal, Brussels. https://eur-lex.europa.eu/resource.html?uri=cellar:b828d165-1c22-11ea-8c1f-01aa75ed71a1.0002.02/DOC_1&format=PDF, accessed on 2 June 2024

European Council (2024): Heavy-duty vehicles: Council signs off on stricter CO2 emission standards. Press release 382/24, Brussels, https://www.consilium.europa.eu/en/press/press-releases/2024/05/13/heavy-duty-vehicles-council-signs-off-on-stricter-co2-emission-standards/pdf/, accessed on 1 July 2024

European Parliament and Council (2023): Regulation (EU) 2023/851 of the European Parliament and of the Council of 19 April 2023 amending Regulation (EU) 2019/631 as regards strengthening the CO₂ emission performance standards for new passenger cars and new light commercial vehicles in line with the Union’s increased climate ambition. Official Journal of the European Union. http://data.europa.eu/eli/reg/2023/851/oj, accessed on 2 June 2024

Gubin, V.; Varlese, C.; Benedikt, F.; Müller, S.; Konrad, J.; Hofmann, P. (2023): FCTRAC and BioH2Modul – A Way to Zero Emission Mobility in Agriculture. Antriebe und Energiesysteme von morgen 2022, Band 1: Antriebe, Wiesbaden, Springer Fachmedien, https://doi.org/10.1007/978-3-658-41435-1

Hekkert, G. (2020): Chinese future tractor runs on hydrogen. Future Farming. https://www.futurefarming.com/tech-in-focus/chinese-future-tractor-runs-on-hydrogen/, accessed on 28 May 2024

Hergott, J.; Petitpas, G. (2023): Cryogenic Hydrogen Storage for Mobility: from Station to Wheels; On the Impact of Powertrain Operating Pressure on Usable Capacity. In: 44th International Vienna Motor Symposium, Wien, Österreichischer Verein für Kraftfahrzeugtechnik (ÖVK)

Hofmann, P (2023): Hybridfahrzeuge. Berlin, Heidelberg, Springer Vieweg, https://doi.org/10.1007/978-3-662-66894-8

Hoogers, G. (2003): Fuel Cell Technology Handbook. Boca Raton, USA, CRC Press LLC

H2Mobility (2024): D-700 bar – Netzausbau live. https://h2.live/, accessed on 12 March 2024

IEA (2023a): Global CO₂ emissions from transport by sub-sector in the Net Zero Scenario, 2000-2030. https://www.iea.org/data-and-statistics/charts/global-co2-emissions-from-transport-by-sub-sector-in-the-net-zero-scenario-2000-2030-2, accessed on 17 January 2024

IEA (2023b): Global Hydrogen Review 2023. IEA, Paris, https://www.iea.org/reports/global-hydrogen-review-2023, accessed on 16 March 2024

Klell, M.; Eichlseder, H.; Trattner, A. (2018): Wasserstoff in der Fahrzeugtechnik – Erzeugung, Speicherung, Anwendung. Springer Vieweg, Wiesbaden, https://doi.org/10.1007/978-3-658-20447-1

Kufferath, A.; Schünemann, E.; Krüger, Mi.; Krüger, Ma.; Jianye, S.; Eichlseder, H.; Koch, T. (2021): H2 ICE Powertrains for Future On-Road Mobility. 42nd International Vienna Motor Symposium, Vienna, Austrian Society of Automotive Engineers (ÖVK)

Mayer, C.; Eberhart, T.; Huber, K.; Karner, J. (2023): Fuel cell electric tractor powered with biogenic hydrogen – Vehicle design and architecture. LAND.TECHNIK AgEng 2023, VDI-Bericht 2427, https://doi.org/10.51202/9783181024270-49

Mayer, C.; Karner, J.; Eberhart, T.; Huber, K.; Konrad, J. (2024): Fuel Cell Electric Tractor FCTRAC: Vehicle Design and Architecture. https://doi.org/10.15150/ae.2024.3315

Mocera, F.; Soma, A.; Martelli, S.; Martini, V. (2023): Trends and Future Perspective of Electrification in Agricultural Tractor-Implement Applications. Energies, 16, 6601, https://doi.org/10.3390/en16186601

Nöß, C.; Weller, J. (2023): A Fuel Cell Tractor in Operation – Concepts and Field Data. LAND.TECHNIK AgEng 2023, VDI Bericht 2427, https://doi.org/10.51202/9783181024270-49

Patrico, J. (2012): Fuel Cell Tractor Still Cranking. Progressive Farmer DTN. https://www.dtnpf.com/agriculture/web/ag/blogs/machinerylink/blog-post/2012/11/15/fuel-cell-tractor-still-cranking, accessed on 16 March 2024

Pietruck, M.; Massonet, C.; Backes, D.; Eckstein, L. (2021): Predictive and Heat-Managed Operating Strategy for a Fuel Cell Electric Vehicle. 30th Aachen Colloquium Sustainable Mobility 2021, Aachener Kolloquium Fahrzeug- und Motorentechnik GbR

Quick, D. (2009): New Holland’s NH2 Hydrogen Fuel cell tractor. New Atlas. https://newatlas.com/new-holland-nh2-hydrogen-powered-tractor/11171/, accessed on 16 March 2024

Rathberger, C.; Bodory, J.; Fröschl, C.; Robausch, S.; Schäffler, J.; Oppermann, K. (2023): Thermal Management for Fuel Cell Electric Vehicles – Use-Cases and Challenges. In: 44th International Vienna Motor Symposium, Wien, Österreichischer Verein für Kraftfahrzeugtechnik (ÖVK)

Schwaderlapp, M.; Töpfer, G. (2022): Sustainable Powertrains for Off-Highway Applications. Internationaler Motorenkongress 2022, 22–23 February, Baden-Baden

Scolaro, E.; Beligoj, M.; Estevez, M.P.; Alberti, L.; Renzi, M.; Mattetti, M. (2021): Electrification of Agricultural Machinery: A Review. IEEE Access 9, pp. 164520-164541, https://doi.org/10.1109/ACCESS.2021.3135037

Shah, R.K.; Sekulić, D.P. (2003): Fundamentals of Heat Exchanger Design. Hoboken, John Wiley & Sons, https://doi.org/10.1002/9780470172605

Stepan, T.; Breiteneder, T.; Winkelhofer, J. (2023): Comparison of Liquified Gas Energy Carriers and Conventional Fossil Fuels with a Focus on Storage Requirements for the Use in Mobile Applications. In: 44th International Vienna Motor Symposium, Wien, Österreichischer Verein für Kraftfahrzeugtechnik (ÖVK)

UNFCCC (2018): The Paris Agreement. https://unfccc.int/sites/default/files/resource/parisagreement_publication.pdf, accessed on 2 June 2024

Van Basshuysen, R.; Schäfer, F. (2017): Handbuch Verbrennungsmotor. Wiesbaden, Springer Vieweg

Varlese, C.; Hofmann, P.; Junger, C.; Konrad, J.; Krizan, R.; Brunner, D.; Mayer, C.; Masser, K. (2024): FCTRAC Fuel Cell Tractor: Operating Strategy for Real-Duty Scenarios. 45th International Vienna Motor Symposium, Österreichischer Verein für Kraftfahrzeugtechnik (ÖVK), https://doi.org/10.62626/9cdw-cugb

Downloads

Veröffentlicht

08.08.2024

Zitationsvorschlag

Konrad, J., Varlese, C., Krizan, R., Junger, C., Hofmann, P., & Mayer, C. (2024). Brennstoffzellenelektrischer Traktor FCTRAC: Antriebsstrang, Thermalsystem, Wasserstoffspeicher und Leistung. Agricultural engineering.Eu, 79(3). https://doi.org/10.15150/ae.2024.3314

Ausgabe

Rubrik

Fachartikel

Am häufigsten gelesenen Artikel dieser/dieses Autor/in