While developing the s-Sling we had already started working on creating a proof of concept. In the same year, 2022, we successfully generated electricity with a fuel cell for the first time - an important milestone, marking the beginning of developing and sampling a 100kW hydrogen powertrain.
We focus on the development of the system as a whole rather than on individual components. We take existing, proved components and rearrange them in a way that hasn't been done by anybody before. Not only the system design but also the structural integration into our carrier plane as well as safety are in the centre of our attention.
Mit dem geplanten Erstflug im Frühling 2026 streben wir an, das erste wasserstoffbetriebene Flugzeug der Schweiz – und sogar das weltweit erste von Studierenden gebaute Wasserstoffflugzeug – zu werden. Doch unser Ziel geht über den reinen Machbarkeitsnachweis hinaus: Mit einem späteren Flug über die Alpen wollen wir auch die Praxistauglichkeit und Leistungsfähigkeit unseres Antriebsstrangs unter Beweis stellen!
The H2Sling is powered by a 100kW fuel cell system. Using gaseous hydrogen together with oxygen from the air it generates electricity and heat. The only byproduct created is pure water - completely emission free. Due to the high energy density of hydrogen the H₂-Sling provides a significant range, creating new dimensions in terms of sustainable mobility.
Emissions
Range
Flight time
Fuel cell system
The fuel cell system of the H₂-Sling is based on a fuel cell of the company PowerCell. In the fuel cell an electrochemical reaction takes place between the oxygen in the air and the infused hydrogen. This sets a lot of energy free in form of electricity but also heat.
Several subsystems are essential for this reaction to be performed flawlessly, ensuring an efficient and trouble-free operation. The subsystems provide a precise controlling of the reaction, optimal cooling, and a reliable supply of hydrogen and oxygen.
Fuel cell system
Different compression strokes make up the high-pressure gas system that supplies the fuel cell with hydrogen. To ensure a stable and efficient chemical reaction, the fuel cell is supplied with more hydrogen than actually needed. The excess, unused hydrogen is returned to the supply circuit and reused. This recirculation significantly increases the efficiency of the system.
Fuel cell system
Additionally to hydrogen, oxygen is required for the chemical reaction in the fuel cell. We use our cathode cycle to elaborately preprocess the ambient air from which we then extract the needed oxygen. By doing so we actively regulate the air pressure, mass flow, humidity, and temperature - in every moment of the flight. This ensures optimal operating conditions for the fuel cell and maximises efficiency and performance.
Fuel cell system
The fuel cell has an efficiency of about 50%, meaning that with 100kW electrical energy an additional 100kW heat is produced. Especially in aviation an efficient usage and abstraction of this heat is a big challenge. A well designed thermo management is therefore crucial to ensure a stable operating temperature at every time.
Safety
In our project we work with high pressures, hydrogen, high voltage systems, and a various number of mechanical hazards on a daily basis. Especially when in combination, a proper handling of and expertise on these matters is essential. Therefore, safety is always our number one priority - during development, testing and later in the airplane itself. We set up strict safety protocols and mechanism, and complete certified trainings to reduce the risk of an incident to the very minimum at all times.
Safety
Hydrogen is one of the most reactive substances that can create an explosive compound when combined with air. We have developed strict safety concepts, meeting the highest safety standards to ensure a safe handling at any time. Additionally, all our hydrogen system engineers are educated according to the current safety standards by our partner ITW-Schindler.
Safety
We use the "Isolé Terre" safety architecture to protect our pilot and ground crew best possible from high voltage accidents. This safety architecture prevents dangerous voltages even in case of an error, ensuring best possible safety. In addition our electrical-systems engineers are specially trained in safe working with high voltages by our partner ITW Schindler.
Safety
The authorization of an hydrogen airplane is especially challenging since there are no official formalities published yet. Hence, we've been working closely with the admission authorities for several years. This close cooperation allows us to accord our technologies with the highest standards in safety and quality.
High voltage system
High voltage systems enable an efficient transmission of energy by working with voltages of several hundred Volt. In our project we use a high voltage battery system for reliable performance in various parts of the system, such as the starting of the hydrogen system and providing additional energy for the take-off. We ensure safe and efficient operation by using safety mechanism like a battery management system (BMS) and temperature monitoring.
High voltage system
Most of the energy is generated by the hydrogen system, yet we use a high voltage battery for additional energy during the take off and to start the hydrogen system. The entire 5.6 kWh-battery package with 650 Volt nominal voltage is developed, built and tested by us. Safety and efficiency is provided by a battery management system and constant temperature monitoring.
High voltage system
Most of the energy is generated by the hydrogen system, yet we use a high voltage battery for additional energy during the take off and to start the hydrogen system. The entire 5.6 kWh-battery package with 650 Volt nominal voltage is developed, built and tested by us. Safety and efficiency is provided by a battery management system and constant temperature monitoring.
High voltage system
Die H2PDU ist Teil des Brennstoffzellensystems und verbindet die Brennstoffzelle mit dem DC/DC-Wandler. Durch integrierte Relais kann die Brennstoffzelle bei Bedarf vom restlichen Netz getrennt werden. Zusätzlich sind Sicherungen verbaut, die einen zu hohen Stromfluss verhindern. Sensoren messen Strom und Spannung, während PCBs die Isolation und weitere sicherheitsrelevante Parameter überwachen. Wie die HVPDU wird auch die H2PDU von uns entwickelt und selbst zusammengebaut.
High voltage system
Der DC/DC Wandler wandelt die tiefere Spannung im Bereich von 200V der Brennstoffzelle in die höhere Spannung auf das Niveau der Batterie um. Zudem können wir über den DC/DC Wandler die Ausgangsleistung der Brennstoffzelle steuern.
Elektro-Antrieb
Der elektrische Antriebsstrang wird von Cellsius komplett selbst entwickelt. Basierend auf den Erfahrungen aus dem e-Sling wird das System laufend verbessert. Viele Komponenten entwickeln wir selber, um die Dimensionierung perfekt auf unser System abzustimmen und die Komponenten so leicht wie möglich zu machen. Zusammen mit verschiedenster Partnern bewegen wir uns and der Spitze der Innovation. Wir setzen auf modernste Materialien, smarte Steuerungssysteme und fortschrittliche Fertigungsmethoden, um die Grenzen des Machbaren immer wieder neu zu definieren.
Elektro-Antrieb
Der Elektromotor treibt den Propeller mit einer Maximalleistung von 100 kW (135 ps) bei 2250 Umdrehungen pro Minute an. Den Motor haben wir zusammen mit unserem Partner e+a Elektromaschinen und Antriebe AG entwickelt, gefertigt und getestet. Der Motor wird Luftgekühlt. Mit Hilfe von Simulationen optimierten wir die mechanische und thermische Auslegung des Gehäuse, Lager und Welle.
Elektro-Antrieb
Der Inverter wandelt den Gleichstrom von der Batterie und des Brennstoffzellsystems in einen Wechselstrom für die Ansteuerung des Motors an. Von der Systemarchitektur, über die Steuerelektronik und Software bis hin zum Gehäuse entwickeln wir praktisch jeden Aspekt selber. Der Inverter ist aufgrund der Verwendung von SiC MOSFETs sehr effizient und wird wie der Motor luftgekühlt.
Tanksystem
Gasförmiger Wasserstoff wird aufgrund der sehr geringen Dichte bei enorm hohen Drücken gespeichert. Dazu nutzen wir einen zylindrischen „Type 4“ Wasserstofftank welcher aus Kohlefaser besteht. Dies ermöglicht uns bei 700bar bis zu 2.6kg Wasserstoff pro Tank speichern zu können.
Tanksystem
Da Wasserstofftanks deutlich größer sind als herkömmliche Treibstofftanks, können sie nicht mehr in der Flügelvorderkante untergebracht werden. Stattdessen werden sie extern unter den Flügeln montiert und an der Hauptstruktur befestigt. Wir entwickeln die gesamte Tankhalterung selbst. Um den Zertifizierungsstandards zu entsprechen, werden alle strukturellen Komponenten durch Berechnungen und Simulationen überprüft, sodass die Halterung Belastungen bis zu 600 kg standhält.
Tanksystem
Die Verkleidung umhüllt Tank und Struktur, optimiert die Aerodynamik und wird durch Strömungsanalysen geprüft. So können Kräfte vorab simuliert und die Belastbarkeit der Halterung sichergestellt werden. Trotz einer Länge von zwei Metern wiegt die leichte Faserverbundverkleidung nur wenige Kilogramm.
Flugzeug
Als Trägerflugzeug nutzen wir die Sling HighWing. Durch ihre hohe Nutzlast bietet sie optimale Vorraussetzungen für unser Projekt. Da es sich um ein sogenanntes Kit-Bau Flugzeug handelt erhalten wir das Flugzeug in Einzelteilen und bauen es in unserem Hangar selbst zusammen. So können wir alle mechanischen Anpassungen direkt integrieren.
Flugzeug
Um die Flugperformance zu verbessern, haben wir die Flügel verlängert. Dadurch verringert sich der Luftwiderstand im Reiseflug, was uns eine längere Flugzeit ermöglicht. Zudem können wir dank der längeren Flügel schneller steigen und höhere Flughöhen erreichen. Bei der Auslegung haben wir sowohl die aerodynamischen Eigenschaften als auch die strukturellen Anforderungen berücksichtigt, um eine optimale Leistung und Sicherheit zu gewährleisten.
Flugzeug
Durch die völlig neue Dimensionierung eines elektrischen Antriebssystems ist der Motorraum der H2-Sling kaum wiederzuerkennen – einzig das Fahrwerk blieb unverändert. Motorhalterung, Motor, Batterie, elektrische Komponenten und die vordere Verkleidung wurden komplett neu entwickelt. Die Motorhalterung verbindet alle Bauteile mit der Flugzeugstruktur und absorbiert den Propellerschub. Ihre Stabilität wird durch Belastungstests bis zum Versagen präzise überprüft und validiert.
Flugzeug
Alle Komponenten des Brennstoffzellensystems sind auf einer speziell entwickelten Tragestruktur montiert, die sie mechanisch verbindet. Sechs einstellbare Zugstreben ermöglichen eine präzise Positionierung im Flugzeug. Die Struktur muss extremen Belastungen standhalten, Verformungen verhindern und so die einwandfreie Funktion des Brennstoffzellensystems im Flug sicherstellen.
Flugzeug
Da sich der Motor und Inverter vorne und die Brennstoffzelle hinten im H2-Sling befinden, ist eine umfangreiche Verkabelung erforderlich. Zum einen sind dies die HV-Kabel, die den Strom von der Brennstoffzelle bis zum Motor übertragen, zum anderen benötigen wir zahlreiche Datenkabel, damit alle Subsysteme miteinander kommunizieren können. Die Kabelführung wurde sorgfältig geplant, um die Signalkabel optimal von den Hochvoltkabeln zu trennen und so Störungen zu vermeiden.
Cockpit
Unser Cockpit-Layout folgt der Dark Cockpit Philosophy, bei der der Pilot nur bei notwendigen Eingriffen durch Anzeigen oder Warnungen aufmerksam gemacht wird. Alle Bedienelemente, Anzeigen und LED-Indikationen sind so angeordnet, dass sie intuitiv erfassbar sind, ohne unnötige Ablenkung zu verursachen. In Zusammenarbeit mit dem Lufthansa Aviation Training Switzerland haben wir ein logisches und ergonomisches Design entwickelt, das Ablenkungen minimiert und die Situationsawareness maximiert. Klare Farbcodierungen und eine strukturierte Anordnung helfen dabei, kritische Informationen sofort zu erfassen und im Bedarfsfall schnell zu reagieren.
Cockpit
Unser Powertrain Display zeigt alle relevanten Daten zum Antriebsstrang auf einen Blick. Neben den wichtigsten Informationen werden auch detaillierte Analysen und Fehlermeldungen übersichtlich dargestellt. Es wurde speziell für die Anforderungen eines wasserstoffbetriebenen Flugzeugs entwickelt und an den Luftfahrtstandards ausgerichtet. Durch eine klare Farbcodierung werden kritische Werte und Warnungen sofort erkennbar, sodass der Pilot auch in stressigen Flugphasen schnell und korrekt reagieren kann.
Cockpit
Unser Cockpit ist darauf ausgelegt, maximale Ausfallsicherheit zu gewährleisten. Jede essenzielle Funktion verfügt über ein Backup, sodass bei einem Systemausfall ein anderes die nötigen Aufgaben übernimmt. Sollte das primäre Display ausfallen, stellt ein zweites, kleineres Display weiterhin die wichtigsten Informationen bereit. Zusätzlich ermöglichen spezielle Override-Funktionen dem Piloten, bei Problemen mit dem Antriebsstrang in einen reduzierten Betriebsmodus zu wechseln und den Flug sicher fortzusetzen.
Cockpit
Unser Avioniksystem basiert auf dem Garmin G3X Glascockpit und wurde speziell für eine intuitive und effiziente Bedienung ausgelegt. Alle relevanten Flugdaten werden übersichtlich dargestellt, sodass der Pilot jederzeit den vollen Überblick behält. Durch die klare Struktur und die einfache Navigation kann er sich auf das Wesentliche konzentrieren – sicheres und präzises Fliegen.
Software und Steuerelektronik
Ein komplexes System wie der Antriebsstrang der H2-Sling benötigt einiges an Steuerelektronik und Software, welche sicherstellen, dass alle Komponenten korrekt angesteuert werden und miteinander funktionieren, sowie, dass korrekt reagiert wird bei einem Fehler in einer Komponente. Wir entwickeln eigene Platinen um die Komponenten und das System zu steuern und überwachen. Für die Softwareentwicklung arbeiten wir mit modellbasierter Entwicklung oder schreiben direkt C++ Code.
Software und Steuerelektronik
Die ECU ist die zentrale Steuereinheit, welche das Gesamtsystem steuert. Sowohl die Hardware, wie auch Software entwickeln wir selber. Sie sorgt dafür, dass die Prozesse, wie z.b. der Start des Systems, korrekt ablaufen. Ausserdem sorgt sie für korrekte Reaktionen im Fehlerfall. Eine weitere wichtige Aufgabe ist die Steuerung des Energieflusses aus dem Brennstoffzellsystems und der Batterie in den Motor, damit der Pilot die gewünschte Leistung bekommt.
Software und Steuerelektronik
Die FCCU sorgt dafür dass alle Komponenten des Wasserstoffssystems korrekt angesteuert und geregelt werden, damit die Brennstoffzelle optimal betrieben werden kann. Auf der eigens entwickelten Platine hat es Eingängen für die vielen Sensoren, welche nötig sind für die Überwachung vom System, sowie die Regelung mit Feedback. Ausserdem hat es verschiedenste Ausgänge um die Komponenten anzusteuern. Die komplexe Software inklusive der Regler schreiben wir in C++.
Software und Steuerelektronik
Der DHVC sorgt für den sicheren Betrieb des Hochvolt-System. Mit diversen Schaltungen und Softwareeinheiten wird sichergestellt, dass zu keinem Zeitpunkt eine Gefährdung der Personen, welche am Flug arbeiten bestehen kann. Zudem wird sichergestellt, dass im Flug das System zuverlässig funktioniert.
Teststand
Nachdem wir alle erforderlichen Auslegungen und Simulationen am Computer durchgeführt haben, verfeinern wir unser Konzept iterativ an unserem Teststand. Durch zahlreiche Tests gewinnen wir ein tiefgehendes Verständnis des Systems und können wertvolle Erkenntnisse über dessen Verhalten in verschiedenen Betriebszuständen gewinnen. Zudem ermöglicht uns der Teststand, unser Antriebssystem exakt so zu konfigurieren und zu erproben, wie es später im Flugzeug eingesetzt wird. Dadurch lassen sich potenzielle Fehlerquellen frühzeitig identifizieren und auf ein Minimum reduzieren, was die Zuverlässigkeit und Effizienz unseres Systems erheblich steigert.
Teststand
Unser Wasserstoff-Teststand in Dübendorf ermöglicht umfassende Tests des Brennstoffzellen- und Tanksystems direkt vor Ort. Dank automatisierter Datenerfassung können alle relevanten Parameter präzise analysiert und optimiert werden. Höchste Sicherheitsstandards ermöglichen dabei Tests mit minimalem Personaleinsatz – eine effiziente und sichere Grundlage für die Weiterentwicklung unserer Technologie.
Teststand
Unser Hochvolt-Container ermöglicht realitätsnahe Tests der Hochvolt-Batterie, des Inverters und des Elektromotors. Durch die direkte Verbindung zum Wasserstoff-Teststand können wir das gesamte System praxisnah validieren und optimieren. So stellen wir sicher, dass alle Komponenten effizient und sicher zusammenarbeiten, bevor sie ins Flugzeug integriert werden.
Teststand
Eine speziell entwickelte Web-Applikation ermöglicht es uns, die Daten laufender Tests in Echtzeit zu überwachen und detailliert zu analysieren. Diese Technologie bietet nicht nur eine präzise Live-Datenerfassung am Teststand, sondern erlaubt auch die Echtzeitübertragung während des Flugs. Dadurch können wir jederzeit kritische Systemparameter auswerten, Optimierungspotenziale identifizieren und eine lückenlose Überwachung der Leistung unseres Antriebssystems sicherstellen.
Stolz durften wir unsere Errungenschaften der letzten zwei Jahren vor grossem Publikum an unserem Rollout-Event präsentieren.
Nach zwei Jahren intensiver Entwicklung und Forschung hebt unser Flieger endlich von der Landebahn in Dübendorf zum ersten Mal ab!
Nach der finalen Validierung neuer Komponenten wie dem DC-DC Wandler und der Integration verschiedener Software Komponenten ist das Team bereit, den elektrischen Antriebsstrang wieder ins Flugzeug einzubauen.
Nach viel Arbeit und viel Mühe wurde das Gesamtsystem erstmals erfolgreich getestet. Ziel ist es gewesen die elektromagnetischen Verträglichkeit zwischen Komponenten zu verbessern und Tests bei einer Leistung von 100kW zu erreichen.
September 2021
In der Fortsetzung des Fokusprojekts 2021 vollenden ETH Studierende Projekt e-Sling und arbeiten gleichzeitig an einer Erweiterung des Batteriepakets durch eine Wasserstoff-Brennstoffzelle, was den Start des Projekts H2 markiert.
Während 8 Monaten arbeiten 12 ETH Maschinenbau und Elektrotechnik Studierende der ETH am ersten e-Sling Fokusprojekt. Dies geschieht in Zusammenarbeit mit Projektpartnern, Sponsoren und weiteren Unterstützern.
Die überarbeitete Flugzeugstruktur wurde von Sling Aircraft hergestellt und via Lufttransport in die Schweiz zur ETH geliefert. Parallel akquirierte das e-Sling Team Projektpartner sowie Sponsoren und tätigte weitere organisatorische Projektvorbereitungen.
Im Rahmen der Vorbereitung wurde die 4-plätzige Sling TSi von Sling Aircraft als besonders geeignet eingeordnet. Aufgrund der Effizienz wurde die Spannweite der Sling TSi von 9.5 m auf 10.5 m verlängert. Dafür reiste Alexander Weiser nach Südafrika und entwickelte bei Sling Aircraft vor Ort die modifizierte Flugzeugstruktur. Zeitgleich wurden bereits Partner für eine mögliche Kooperation gesucht und weitere Rahmenbedingungen geschaffen.
support us in various ways, ensuring that our dreams don’t remain mere aspirations but can be turned into reality.
„CELLSIUS verkörpert Antoine de Saint-Exupérys Weisheit: «Wenn Du ein Schiff bauen willst, dann trommle nicht Leute zusammen, um Holz zu beschaffen, Aufgaben zu vergeben und die Arbeit einzuteilen, sondern lehre sie die Sehnsucht nach dem weiten, endlosen Meer.» Kaum je erlebte ich die Kraft einer gemeinsamen Vision stärker als im CELLSIUS Team.“
Technical Lead
Wir wollen nicht nur innovative Antriebstechnologien entwickeln, sondern auch Studierenden die Chance geben, echte Praxiserfahrungen zu sammeln und aktiv zur klimaneutralen Zukunft beizutragen.
Technical Lead
Wir wollen nicht nur innovative Antriebstechnologien entwickeln, sondern auch Studierenden die Chance geben, echte Praxiserfahrungen zu sammeln und aktiv zur klimaneutralen Zukunft beizutragen.
Technical Lead