Station service combinée pour voitures électriques avec batteries et/ou piles à combustible

• Forschungsstelle: BFE
• Projektnummer: SI/501286
• Projekttitel Englisch: Combined refuelling station for electric cars either with batteries or fuel cells

Kurzbeschreibung (Englisch)

The aim of this project is to demonstrate an electrochemical storage system based on the coupling of a redox flow battery and an electrolyser able to recharge lithium batteries of an electric car and to recharge fuel cell cars with hydrogen.
The battery plays a dual role. First, it can be used to regulate the electric grid by storing ex-cess electricity supply and then it provides electricity for a fast AC and/or DC charge of electric cars (50-250 kW). Another role of the battery is to supply a water electrolyser in order to produce hydrogen locally. This hydrogen is compressed for storage and can be distributed to hydrogen fuel cell cars at 350 bars.

see also:
International Journal of Hydrogen Energy
Volume 45, Issue 18, 1 April 2020, Pages 10639-10647
https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2020.02.035

Kurzbeschreibung (Französisch)

Le but de ce projet est de concevoir une plateforme de stockage électrochimique de l'électricité fondée sur le principe d'un appariement entre une batterie rédox et un électrolyseur et permettant de charger rapidement des voitures électriques à batteries au lithium et des voitures électriques à piles à combustible fonctionnant à l'hydrogène.
La batterie rédox joue ici un rôle double. Elle permet d'une part une certaine régulation du réseau en stockant et procurant de l'électricité lorsque requis et d'autre part de fournir un courant AC et/ou DC pour la charge rapide de voitures fonctionnant avec des batteries au lithium (50-250 kW). La batterie rédox permet aussi d'alimenter un électrolyseur pour la production locale d'hydrogène. Cet hydrogène est stocké à la station service sous forme comprimée et peut être distribué aux voitures à pile à combustible fonctionnant avec ce carburant à 350 bars.

Schlussbericht (Deutsch)

Das Projekt «Kombinierte Tankstelle für batterieelektrische Autos und /oder Wasserstofffahrzeuge» startete am 1. Dezember 2015 und wurde am 30. November 2018 abgeschlosssen. Dieser Abschlussbericht beschreibt de Resultate über das gesamte Projekt. Das Projekt ist unterteilt in die folgenden Arbeitspakete: Technische Installation und Vorbereitung der Anlage (WP1), Hardware Installation (WP2), Automatisierung und Programmierung des Steuersystems (WP3), Messkampagne und Auswertung des Systems (WP4), Technische Studien und Modelierung (WP5), Kommunikation und Wissentransfer (WP6).
In WP1 und WP2,  wurde eine Ladestation installiert, die mit einer Vanadium RedoxFlow Batterie (VRFB) gekoppelt ist. Dazu wurde auch eine Wasserstofftankstelle mit vor Ort Elektrolyse errichtet. Die Tankstelle ist seit September 2016 in Betrieb. Das Design ermöglicht eine hohe Einsatzflexibilität. Verschiedene Fahrzeuge wie ein Swiss Hydrogen Kangoo (1.5 kg bei 350 bar), ein Hyundai ix35 Fuel Cell (5 kg bei 700 bar)  und des Green GT H2 (8 kg bei 700 bar) haben an dem  Demonstrator getankt.
In WP3, wurde das Kontrollsystem und die Datenerfassung programmiert und implementiert. Unter nominalen Betriebsbedigungen, können 0.75 kg H2 pro Stunde bei 200 bar produzierte, gereignigt und gelagert werden. 
In WP4, dank der Entwicklung von spezifischer Hardware und Software, haben wir zahlreiche Daten gesammelt. Während des Betriebs der Wasserstofftankstelle werden 28 Variablen und für den Elektrolyseur 43 Variablen pro Sekunde aufgezeichnet. Dies ermöglicht eine genaue Prozessmodellierung und Identifizierung von Energieverlusten.
In WP5 und WP6,  haben wir zahlreiche Kontakte und Erfahrungsaustausch mit privaten Unternehmen (Green GT, H55, Enerox), Versorgungsunternehmen (ESR, SIG), akademischen Partnern (HES-SO Valais Wallis, Swiss Competence Center for Energy Research – Heat and Electricity storage (SCCERHaE), University of Strathclyde) und der Öffentlichkeit (Rallye du Valais, Swiss Mobility Days, verschiedene Interviews und Berichterstattung mit RTS, Le Nouvelliste, Le Temps, Le Matin) aufgebaut. Es wurden 3 wissenschaftliche Arbeiten veröffentlicht, zwei weitere befinden sich in der Endphase der Redaktion und zwei weitere werden nach zusätzlicher Datenerhebung erwartet.

Schlussbericht (Englisch)

The project entitled “Combined service station for battery electric cars and hydrogen fuel cell vehicles” started on the 1st of December 2015 and was finished on the 30th of November 2018. The results obtained during this period are reported here. The project was divided into six work packages: Technical installation and preparation of the building (WP1), Hardware installation (WP2), Automation and programming of the control system (WP3), Measurements and data analysis (WP4), Technical studies and modelling (WP5), Communication and knowledge transfer (WP6).
In WP1 and WP2, an electric charging station coupled with a vanadium redox flow battery (VRFB) was installed and a hydrogen refilling station with on-site hydrogen production was built. The fueling station was inaugurated in September 2016 and is in operation since then. The design allows a high flexibility to refill various vehicles such as a Swiss Hydrogen Kangoo (1.5 kg at 350 bar), a Hyundai ix35 Fuel Cell (5 kg at 700bar) and the Green GT H2 Speed (8 kg at 700 bar).  
In WP3, the control software and communication protocols between all subsystems were programmed and implemented for a synchronized operation of the demonstrator. In nominal operating conditions, 0.75 kg of H2 per hour can be produced, purified and stored at 200 bar. 
In WP4, the whole benefits of the custom hardware and software realized in WP1, WP2 and WP3 were fully exploited for measurements. 28 variables are recorded every second during the operation of the refilling station and 43 variables per second for the electrolyser allowing an accurate process modelling and identification of energy losses.
In WP5 and WP6, we successfully generated interest and shared knowledge with private companies (Green GT, H55, Enerox), public utilities (ESR, SIG), academic partners (HES-SO Valais Wallis, Swiss Competence Center for Energy Research – Heat and Electricity storage (SCCER-HaE), University of Strathclyde) and the general public (Rallye du Valais, Swiss Mobility Days, various interviews and coverage with RTS, Le Nouvelliste, Le Temps, Le Matin). 3 scientific papers were published, another 2 are in the final stage of redaction and two more are expected after additional data collection.

Zugehörige Dokumente

• Combined service station for battery electric & hydrogen fuel cell vehicles - Schlussbericht [PDF] 5'587 kB

Schlussbericht (Französisch)

Le projet « Station-service combinée pour voitures électriques avec batteries et / ou piles à combustible » a débuté le 1er Décembre 2015 et s’est achevé le 30 Novembre 2018. Ce rapport final décrit les résultats obtenus sur l’ensemble du projet. Le projet est divisé en six blocs de travail: Achats et travaux préliminaires d’aménagement (WP1), Installation des systèmes électrochimiques et des bornes de recharge (WP2), Mise en place du système de contrôle (WP3), Etudes, mesures et évaluation du système (WP4), Etude technico-économique (WP5), Démonstration, transfert de connaissance et communication (WP6).
Les WP1 et WP2 ont permis l’installation d’une borne de recharge électrique couplée avec une batterie redox à flux au Vanadium (VRFB) et la construction d’une station de recharge hydrogène avec production sur site. La station a été inaugurée en septembre 2016 et est en opération depuis lors. Le design offre une grande flexibilité pour permettre le remplissage de véhicules variés tels que la Kangoo modifiée par Swiss Hydrogen (1.5 kg à 350 bar), la Hyundai ix35 Fuel Cell (5 kg à 700 bar) et la Green GT H2 Speed (8 kg à 700 bar).
Dans le WP3, le système de contrôle ainsi que les protocoles de communication entre tous les soussystèmes ont été programmés et implémentés pour un fonctionnement synchronisé du démonstrateur. Dans les conditions nominales, 0.75 kg d’hydrogène par heure peuvent être produits, purifiés et stockés à 200 bar.
Au cours des campagnes de mesure du WP4, nous avons pu tirer pleinement parti des systèmes construits et programmés par nos soins dans les WP1, WP2 et WP3. Chaque seconde, 28 variables sont enregistrées durant le fonctionnement de la station de remplissage d’hydrogène, et 43 variables pendant le fonctionnement de l’électrolyseur. Ces données permettent de modéliser précisément les processus et d’identifier les pertes énergétiques.
Enfin les WP5 et WP6, ont généré beaucoup d’intérêt et permis d’échanger savoir-faire et connaissances avec des entreprises privées (Green GT, H55, Enerox), des services industriels (ESR, SIG), des partenaires académiques (HES-SO Valais Wallis, Swiss Competence Center for Energy Research – Heat and Electricity storage (SCCER-HaE), University of Strathclyde) et le public dans son ensemble (Rallye du Valais, Swiss Mobility Days, diverses interviews et reportages sur la RTS, Le Nouvelliste, Le Temps, Le Matin). 3 articles scientifiques ont été publiés, 2 en sont à l’étape finale de rédaction et deux supplémentaires sont attendus après d’autres campagnes de mesures.