Elektrifizierung von NFZ-Flotten

Die Mobilität der Zukunft ist automatisiert, vernetzt und elektrisch. Mit der Elektrifizierung hat eine Revolution im Fahrzeugbau sowie Automotive- und Mobilitätssektor eingesetzt. Das betrifft auch die Nutzfahrzeugbranche, wenn auch prinzipbedingt mit Verzögerungen im Vergleich zur PKW-Branche. 

Im Bereich der Antriebssysteme von Nutzfahrzeugen werden die kommenden Jahre von strikteren regulativen Vorgaben bei der Verringerung der CO2-Emissionen von Fahrzeugen geprägt sein – und das bei gleichzeitig zunehmender Knappheit fossiler Brennstoffe. Die Nutzfahrzeugbranche sowie die Politik sehen deshalb mehrheitlich die Zukunft in batterieelektrischen Antriebslösungen, die in den nächsten Jahren von ausgewählten Kurzstreckenbetrieben immer mehr in breitere Anwendungsfälle überführt werden sollen.

Wirtschaftliche Einführungs- und Umstiegsstrategien

© Fraunhofer IVI

Entwicklungen in den Bereichen der Elektroenergiespeicher und der Leistungselektronik ermöglichen bereits heute, aber vor allem in absehbarer Zukunft, Konzepte für rein elektrisch angetriebene Linienbusse, die noch vor wenigen Jahren als nicht realisierbar galten. Vor diesem Hintergrund bietet die AG Commercial Transport Beratungsleistungen hinsichtlich der Einführung rein elektrischer Linienbusse an.

Basierend auf einem umfangreichen Wissen und Erfahrungen im Umgang mit elektrischen Speicher- und Antriebstechnologien erfolgt eine Analyse von Buslinien bzw. Liniennetzen hinsichtlich der Möglichkeiten einer schrittweisen Einführung batteriebetriebener Elektrobusse. In die Betrachtungen werden darüber hinaus auch Konzepte der linienförmigen Energiezufuhr in Form von Fahrleitungen bzw. induktiver Ladung einbezogen. Sofern möglich, wird ein Konzept für die schrittweise Einführung elektrisch angetriebener Linienbusse erarbeitet, das sich auf einen kurz- bis mittelfristigen Zeithorizont erstreckt. 

Beispielprojekte:

EDDA-Bus(Fraunhofer IVI): Schnellladefähiger Elektrobus

Auslegungs- und Simulationswerkzeuge für die Elektrifizierung von Nutzfahrzeugen

© Fraunhofer IVI
IVIsion
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IVImon

Besonders im ÖPNV bringt die Elektrifizierung von Nutzfahrzeugen eine Vielzahl an Herausforderungen mit sich. Um diese Prozesse zuverlässig simulieren zu können, müssen die wegseitige Energieversorgung im Stand und während der Fahrt sowie verschiedene Nachladestrategien und die hohe Anzahl verschiedener Nebenaggregate berücksichtigt werden. Für das genaue Anhalten an Haltestellen und Nachladepunkten ist eine hohe Positionsgenauigkeit erforderlich. 

Durch emissionsfreie Verkehrszonen ergeben sich zusätzliche Beschränkungen.

Die AG Commercial Transport vereint gesammelte Erfahrungen aus dem Bereich der Fahrzeugtechnik des ÖPNV in einem umfassenden Simulationstool, das Gesamtfahrzeuge in einer großen Detailtiefe beschreibt. Dabei werden präzise Teilmodelle für die Interaktion Fahrzeug – Umwelt – Straße, den Antriebsstrang, Energiespeicher, Nebenaggregate, Klimatisierung und Heizung, Fahrer und Fahrgäste zu einem hochkomplexen Modell zusammengefasst, mit dessen Hilfe u. a. präzise Prognosen für den Energieverbrauch einer Fahrzeug- und Antriebskonfiguration unter gegebenen Einsatzbedingungen erstellt werden können. Ergänzt wird das Tool durch ein System für die Ermittlung relevanter Zustandsinformationen des Batteriespeichers, die nutzerspezifisch aufbereitet per Schnittstelle oder Webinterface zur Verfügung gestellt werden.

Beispielprojekte:

IVIsion(Fraunhofer IVI): Analysen für die Einführung elektrischer ÖPNV-Fahrzeuge

IVImon(Fraunhofer IVI): Remote-Überwachung des Batteriezustandes 

Elektrische LKW für die emissionsfreie und leise Stadtbelieferung

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Durch die zunehmend beschränkten Zufahrtsmöglichkeiten in Innenstädten ergeben sich für Wirtschaftsverkehre neue Herausforderungen. Die schrittweise Verschärfung der Einfahrtsbeschränkungen, u. a. durch Umweltzonen, schließt teilweise bereits Dieselfahrzeuge von der Einfahrt in Innenstadtbereiche aus. Die Elektromobilität bietet eine gute Möglichkeit, angepasste Fahrzeuge für urbane Lieferverkehre zur Verfügung zu stellen. Durch die Art der Verkehre sind keine großen Reichweiten der Fahrzeuge nötig. Die momentane Technologie ist daher bereits für urbane Lieferverkehre nutzbar. In der Stadt sind die Routen kurz, Kraftstoffverbrauch und Verschleiß von Verbrennungsmotoren besonders hoch. Gerade im dichten Verkehr der Stadt spielen elektrische LKW daher ihre Stärken aus und zeigen ein hohes Potenzial zur Vermeidung von Emissionen, aber auch zur Einsparung von Kraftstoffkosten.

Die AG Commercial Transport untersucht Einsatzszenarien und Geschäftsmodelle für elektrische LKW, die sowohl Stadtluft sauberer als auch Zustellung kostengünstiger machen.

Beispielprojekte:

ELMO Elektromobile Urbane Wirtschaftsverkehre (Projektseite, Fraunhofer IML) - Projekt, welches den Einsatz von elektromobilen Auslieferungsfahrzeugen in der Innenstadt erprobt und verbessert.

GeNaLog Geräuscharme Nachtlogistik durch Elektromobilität (Projektseite, Fraunhofer IML) - Projekt, in dem die Eignung von Elektrofahrzeugen für eine emissionsarme Nachtbelieferung und von neuen Logistikkonzepten untersucht werden.

EN-WIN Elektromobile Nutzfahrzeuge wirtschaftlich und nachhaltig einsetzen (Projektseite, Fraunhofer IML) - Ein durch das Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz, Bau und Reaktorsicherheit beauftragtes Projekt.

Energieversorgung von großen Standorten / Flotten

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Ladeinfrastruktur in einem Parkhaus am Fraunhofer-Institutszentrum in Stuttgart

Der steigende Anteil der Elektromobilität und immer höhere Ladeleistungen führt zu Herausforderungen beim Aufbau von Ladeinfrastruktur – insbesondere wenn viele Elektrofahrzeuge lokal konzentriert geladen werden müssen (z. B. in Parkhäuser, Betriebshöfen, Logistikzentren). Hier gilt es die Anforderungen der Nutzer an die Ladeinfrastruktur zu berücksichtigen (z.B. Ankunftszeiten, Standzeiten, Energiebedarf) und dabei die Auswirkungen auf das Stromnetz im Blick zu behalten. Gleichzeitiges Laden mit hohen Ladeleistungen, kann zu einer Überlastung des Netzanschlusspunktes führen, was dann wiederum teure Netzausbaumaßnahmen erforderlich macht. Neben dieser Komplexität ist Elektromobilität für viele Infrastruktur-Planer noch ein Zukunftsthema: die Anforderungen der Nutzer und vor allem deren Anzahl in den nächsten Jahrzenten kann bisher nur abgeschätzt werden. 

Um den zukünftigen Ladebedarf und die entsprechend notwendige Ladeinfrastruktur (Anzahl Ladepunkte, Ladeleistung, Netzanschluss) zu evaluieren, werden häufig Simulationsmodelle verwendet. Es werden zunächst Szenarien für die Marktentwicklung der Elektromobilität entwickelt und anschließend mithilfe von Modellrechnungen das Fahrverhalten und die entstehenden Lastflüsse an der Ladeinfrastruktur abgebildet. So können vor Baubeginn verschiedene Varianten der Infrastruktur berechnet und analysiert werden. Zusätzliche netzentlastende Maßnahmen, wie Lastmanagement, Pufferbatterien oder lokale Stromerzeugung, können ebenfalls berücksichtigt werden und so ganz neue Möglichkeiten für ein integriertes Energiekonzept eröffnen.

Beispielprojekte

FAT Studie(Fraunhofer IAO): Im Auftrag der Forschungsvereinigung Automobiltechnik des VDA analysiert das Fraunhofer IAO die Nutzeranforderungen an batterieelektrische Ladeinfrastrukturen sowie an Tankinfrastrukturen für Wasserstoff. Der Fokus liegt hierbei auf der Integration der Tank- und Ladevorgänge in die Lieferprozesse von Logistikunternehmen und der Simulation von Ladeprozessen, deren Energieversorgung und Netzanbindung.

ZUKUNFT.DE(Fraunhofer IAO): Im Projekt wird der Einsatz von batterieelektrischen Vor- und Serienfahrzeugen in der Paketzustellung wissenschaftlich begleitet und evaluiert. Dabei wurde auch das Ladeverhalten simuliert und die Einbindung in das dezentrale Energiesystem der Standorte untersucht.

Ladeinfrastruktur Flughafen München (Fraunhofer IAO): Im Projekt hat das Fraunhofer IAO zukünftiges Ladeverhalten von e-Fahrzeugen am Flughafen München simuliert (Mietwagenflotten, Taxis, Busse, Passagiere) und Empfehlungen für den Aufbau von Ladeinfrastruktur sowie die Einbindung in das Energiesystem geben. Lastmanagement und Batterie-Pufferspeicher wurden dabei ebenfalls berücksichtigt.

 

Simulation, Analyse und Optimierung moderner Antriebstechnologien zur Fahrzeugentwicklung, Flottenplanung und Infrastrukturplanung

© VMC® – Virtual Measurement Campaign

Um zukunftsfähige und nachhaltige Versorgungs- und Mobilitätslösungen bereitstellen zu können, sind neue ressourceneffiziente und emissionsarme Antriebskonzepte für Fahrzeuge unabdingbar. Für die Entwicklung und die Durchsetzung solcher Antriebskonzepte ist es von höchstem Interesse, frühestmöglich deren Nutzen, Effektivität und Effizienz quantitativ durch Simulation vorhersagen zu können und auch verschiedene Varianten computergestützt vergleichen zu können. Daher befasst sich das Fraunhofer ITWM mit der Modellierung und Simulation konkreter Einsatzszenarien von Fahrzeugen mit modernen Antriebskonzepten unter Berücksichtigung von Geographie, Verkehr, Fahrzeugkonfiguration und Fahrweise - dies erlaubt eine regionen- und nutzungsspezifische Vorhersage von Beanspruchung und Energiebedarf. Letzteres ermöglicht dann eine effiziente, computergestützte Analyse, Bewertung und Optimierung all dieser Konzepte, insbesondere hinsichtlich Leistung, Reichweite, CO2-Emission und Energieeffizienz. So wird einerseits maßgeblich die Fahrzeugentwicklung unterstützt, andererseits wird aber auch die Möglichkeit einer optimierten Flotten- und Infrastrukturplanung (z.B. von Ladestationen oder Wasserstofftankstellen) eröffnet.

 

Die AG Commercial Transport hat langjährige Erfahrung und Kompetenzen im Feld der Simulation, Analyse und Optimierung auf allen Ebenen der Fahrzeugentwicklung bis hin zur Flotten- und Infrastrukturauslegung.

Beispielprojekte:

Softwaretool »Virtuelle Messkampagne (VMC)«: Tool des ITWM zur Entscheidungsunterstützung bei der Planung von Infrastruktur und optimalen Transportwegen (Georeferenzierte Fahrzeugsimulation)  

Softwaretool U-SIM: Tool des ITWM zur Simulation von Kundenbeanspruchung für das gesamte Fahrzeugleben