Ziel des Verbundprojekts Fleets Go Green ist die ganzheitliche Analyse und Bewertung der Umwelteffizienz von Elektro- und Plug-In-Hybridfahrzeugen in der Alltagsnutzung am Beispiel des Flottenbetriebs. Im Projekt werden für die Anwendungsszenarien Werksflotten und E-Car-Sharing-Flotten batterieelektrische (BEV), Plug-In Hybrid (PHEV)- und Range-Extender Fahrzeuge (REV) beschafft, mit entsprechender Messtechnik zur Erfassung des Gesamtenergiebedarfs ausgerüstet und betrieben. Die ökologischen und ökonomischen Potentiale werden unter Zugrundelegung verschiedener Nutzungsprofile experimentell in Flottenversuchen sowie mit Hilfe von Komponenten- und Gesamtfahrzeugsimulationen untersucht und bewertet. Die Flottenversuche ermöglichen die Aufzeichnung, Speicherung, Aufbereitung und Analyse unterschiedlichster Daten des Fahrzeug-, Nutzer-, Netzverhaltens im realen Betrieb. Mit Hilfe der Simulationsmodelle kann bei begrenzter Anzahl verfügbarer Fahrzeugtopologien kosten- und zeitsparend eine Vielzahl verschiedener Antriebstrangkonfigurationen bei variierenden Komponenteneigenschaften unter Berücksichtigung unterschiedlicher Nutzerverhalten abgebildet und damit die Umweltwirkungen sowie Auswirkungen im Hinblick auf das Netzverhalten bewertet werden. Das Projekt gliedert sich hierfür in fünf Module:Fahrzeugverhalten (Modul 1), Nutzerverhalten (Modul 2), Netzverhalten (Modul 3), Ökobilanz (Modul 4), Anwendungsszenario Flottenbetrachtung (Modul 5).
Modellprojekt zur Elektromobilität Das Projekt Future Fleet ist eines von acht regionalen Modellprojekten der Bundesregierung zur Elektromobilität. Dabei werden im Rhein-Neckar-Raum bei dem Softwarehersteller SAP AG in Walldorf und bei der Mannheimer MVV Energie AG betriebliche Fahrzeugflotten mit Elektroautos ausgerüstet. In dem Projekt geht es darum, den Nutzen für die Umwelt zu untersuchen, ein optimales betriebliches Flottenmanagement zu erproben und die Akzeptanz bei den Nutzerinnen und Nutzern zu untersuchen. Elektromobilität ist nur dann zukunftsfähig, wenn die Energie für die Autos nicht aus konventionellen Kraftwerken stammt. Deshalb sollen die Fahrzeuge des Modellversuchs vollständig mit erneuerbarer Energie fahren. Zunächst mit vertraglich bezogenem Öko-Strom, später mit Energie, die vor Ort mit Hilfe von Photovoltaikanlagen auf den Dächern der Parkhäuser gewonnen wird. In Future Fleet befragt das ISOE zusammen mit dem Öko-Institut und den Praxispartnern die Nutzer der Elektroautos zu ihren alltäglichen Erfahrungen und zu ihrem Verkehrsverhalten. Dabei geht es um praktische Fragen wie Leistung, Bedienung oder Praktikabilität des Ladevorgangs. Außerdem wird untersucht, ob die Fahrzeuge der Flotte ebenso gut in alltägliche Routinen integriert werden können wie das bisherige Auto. In den Befragungen geht es zudem um Image, symbolische Aspekte und Emotionen. Akzeptanz und Nutzerverhalten.... Geringe Reichweite erfordert neue Fahrzeug-Nutzungskonzepte Solange es keine flächendeckende Infrastruktur zum Laden oder Akku-Austausch gibt, ist das Hauptproblem bei Elektrofahrzeugen ihre geringe Reichweite. Das wird sich aus Expertensicht auch in den kommenden Jahren nicht grundlegend ändern. Wer also der Elektromobilität zum Durchbruch verhelfen will, muss über innovative Konzepte nachdenken. Neben dem Car-Sharing, das schon immer auf kollektiver Nutzung beruht, kommt wie in Future Fleet vor allem der Einsatz in Firmenfuhrparks in Frage. Hier ist es nämlich möglich, die Mobilitätsmuster der Nutzerinnen und Nutzer mit den Reichweiten der Fahrzeuge abzugleichen und die Fahrzeuge bedarfsgerecht zuzuteilen. Autos als Bestandteile des Energienetzes Mittelfristig geht es auch um die Frage, ob Elektrofahrzeuge Dienstleistungen für das Stromnetz zur Verfügung stellen. Fahrzeugbatterien könnten zum Beispiel nachts aufgeladen werden, wenn günstiger Strom aus erneuerbaren Quellen zur Verfügung steht, aber nicht genutzt wird. Umgekehrt könnten die Fahrzeuge auch Strom in das Netz einspeisen, um Lastschwankungen auszugleichen, sofern dies der Nutzung der Fahrzeuge nicht entgegensteht. In diesem Zusammenhang wird von Vehicle-to-Grid gesprochen. Um die Fahrzeuge in das Netzmanagement einzubinden, ist Kommunikation zwischen den Fahrzeugen und der Netzzeittechnik erforderlich. Außerdem müssen die entnommenen und eingespeisten Strommengen für Preisfindung und Abrechnung genau erfasst werden. usw.
Kernthema des Projektes 'Tanken im Smart Grid' ist die Entwicklung und Erprobung innovativer Ladegeräte und -algorithmen für Elektrofahrzeuge, um damit einen Beitrag zur Systemstabilität elektrischer Netze liefern zu können. Folgende Ziele im Bezug zum 'Schaufenster Elektromobilität' werden dabei adressiert: (1) Netzanschlussregeln ohne Beeinträchtigung der Systemstabilität (kein erneutes 50,2 Hz-Problem), (2) Erbringung von Systemdienstleistungen zur Wahrung eines stabilen Netzbetriebes, (3) Optimierung des dynamischen Verhaltens dezentraler Knoten (hier Ladepunkte), (4) Nutzung von E-Fahrzeugen als verteiltes Messsystem. Die Arbeiten gliedern sich in folgende Arbeitspakete (AP): AP0: Projektmanagement; AP1: Analyse, Szenarien, Gesamtsystemauslegung; AP2: Power-Quality-Map; AP3: Netzfreundliches Lademanagement / Ladealgorithmus; AP4: Ladegerät für dynamische Ladeanforderungen, Hardware für Laboranwendungen; AP5Implementierung des dynamischen Ladegerätes / der Ladealgorithmen auf LTi-Umrichtern; AP6: Implementierung des dynamischen Ladegerätes / der Ladealgorithmen im Forschungsfahrzeug des IPP; AP7: Umsetzung der Power Quality Map in der Secure Cloud; AP8: Feldmessungen mittels Flottenversuch; AP9: wirtschaftliche Evaluierung; AP10: Normungsarbeit.
Im Projekt wird der Einsatz von GaN-Bauteilen in Leistungswandlern für den Einsatz in EVs und PHEVs untersucht. Immer mehr Sicherheits- und Komfortkomponenten benötigen Leistungen im Bereich größer als 1kW, die im 12V-Bordnetz unzureichend oder gar nicht bedient werden können. Dafür wurden für Pkw weitere Spannungsebenen im Bereich von 48V bzw. über 400V etabliert. Zur Leistungsübertragung zwischen diesen Spannungsebenen sind kompakte, effiziente und zuverlässige Wandler erforderlich. Zunächst wird ein hochdynamischer, bidirektionaler Bordnetzwandler mit einer Nennleistung von ca. 6kW entwickelt, der eine Verkleinerung bzw. Entfall der 48V-Batterie ermöglicht. Zu diesem Zweck werden die Eigenschaften neuer GaN-Schalter und innovative AVT-Ansätze zur Kühlung eingesetzt, um trotz erhöhter Anforderungen eine kompakte, zuverlässige und effiziente Lösung zu ermöglichen. Zur Ladung der Traktionsbatterie soll ein Ladegerät mit etwa 3,7kW mit Skalierungsoption auf 11kW bei dreiphasiger Versorgung entwickelt werden, das gegenüber dem Stand der Technik eine Erhöhung der Leistungsdichte um 60% mit gleichzeitiger Senkung der Umwandlungsverluste um 40% aufweist. Im Teilvorhaben werden die Systemanforderungen analysiert und darauf aufbauend Funktionsmuster und Demonstratoren entwickelt, aufgebaut und validiert.
Bei der Planung der Flotten-, Energie- und Ladeinfrastruktur sind komplexe Entscheidungen zur Auslegung der Flotte zu treffen, z.B. Anzahl der Fahrzeuge, Fahrzeugtypen (konventionelle, hybride und batterieelektrische Fahrzeuge), Ladeinfrastrukturvarianten (Anzahl benötigter AC und/ oder DC Ladestationen, ungesteuert vs. gesteuertes Laden), Energieversorgung (Fremdbezug vs. Eigenproduktion). Aktuell bestehen weder in der Praxis noch in der Wissenschaft Ansätze für die integrierte Planung und Steuerung von Flotten-, Energie- und Ladeinfrastruktur unter Extrembedingungen. Hier setzt das Forschungsprojekt 'lautlos & einsatzbereit' an. Es fokussiert auf die Entwicklung eines Leitfadens zur integrierten Planung und Steuerung von Flotten-, Energie- und Ladeinfrastruktur mit dem Schwerpunkt eines ökologischen und ökonomischen Betriebs von Fahrzeugflotten unter Extrembedingungen mit hybriden und batterieelektrischen Fahrzeugen. Dieser Leitfaden unterstützt Entscheidungsträger bei der Planung der Flotten-, Energie- und Ladeinfrastruktur, der Beschaffung und dem Betrieb von Flotten mit besonderen Anforderungen. Die geplanten Arbeiten im Forschungsprojekt gliedern sich in vier Module: In Modul 1 erfolgt die Planung des Betriebs, die Entwicklung eines Grobkonzepts und die Beschaffung der Flotten-, Energie- und Ladeinfrastruktur. In Modul 2 wird die Flotten-, Energie- und Ladeinfrastruktur ausgerüstet und betrieben sowie die Ergebnisse der wissenschaftlichen Begleitforschung aus Modul 3 in den Betrieb integriert. In Modul 3 erfolgt die wissenschaftliche Begleitforschung: Ein Detailkonzept für die integrierte Planung und Steuerung der Flotten-, Energie- und Ladeinfrastruktur wird entwickelt und in den Betrieb übertragen. In Modul 4 werden die entwickelten Planungs- und Steuerungskonzepte auf Basis der Anwendungsszenarien evaluiert und in einen Leitfaden zur integrierten Planung und Steuerung von Flotten-, Energie-, und Ladeinfrastruktur überführt.