Elektromobilität energetische Optimierung durch individuelles Fahrverhalten. Stefanie Marker TU Berlin FVB

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Sabine Fromm
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1 Elektromobilität energetische Optimierung durch individuelles Fahrverhalten Stefanie Marker TU Berlin FVB

Einstieg Elektromobilität ist kein neues Thema Alles eine Frage der Motivation: Peak-Oil Klimawandel Gestiegener Ressourcenbedarf Politischer

2 Einstieg Elektromobilität ist kein neues Thema Alles eine Frage der Motivation: Peak-Oil Klimawandel Gestiegener Ressourcenbedarf Politischer Wille Aktuelle Herausforderungen Preis / Wirtschaftlichkeit Reichweite? W. Ayrton & J. Perry, 1881 Teufelskreis Nutzer vs. Infrastruktur Seite 2

3 Agenda 1. Elektromobilität mit Zwischenschritt in die Zukunft? 2. Projekt komdrive 3. Projekt AMPERE 4. Fazit Seite 3

4 Überblick Elektromobilität Nationaler Entwicklungsplan für Elektromobilität: Bis 2o2o 1 Million Elektrofahrzeuge in Deutschland BEV Battery Electric Vehicle PHEV Plug-in Hybrid Electric Vehicle REEV Range-Extended Electric Vehicle Seite 4

5 Paradoxon Elektrofahrzeuge lassen sich nur dann rentabel betreiben, wenn sie eine möglichst geringe Batteriegröße aufweisen und die damit mögliche Reichweite täglich vollständig ausnutzen. Seite 5

6 Motivation Dominanz CO 2 und NO x intensiver Dieselantriebe im Güterverkehr Toll Collect Energiespeicherung bei Zunahme dezentral erzeugter Energie bayernwerk Verwendung von Fahrzeugen mit elektrifiziertem Antriebsstrang stawag Ziel: minimale indirekte Emissionen (erneuerbare Energie) Running Twig/flickr.com Seite 6

7 Motivation Hacker, F. et al, Marktpotenziale und CO2-Bilanz von Elektromobilität: Arbeitspakete 2 bis 5 des Forschungsvorhabens OPTUM: Optimierung der Umweltentlastungspotenziale von Elektrofahrzeugen, Öko Institut e.v, Seite 7

8 Motivation Dominanz CO 2 und NO x intensiver Dieselantriebe im Güterverkehr Toll Collect Energiespeicherung bei Zunahme dezentral erzeugter Energie bayernwerk Verwendung von Fahrzeugen mit elektrifiziertem Antriebsstrang stawag Ziel: minimale indirekte Emissionen (erneuerbare Energie) Running Twig/flickr.com Seite 8

9 Motivation viele Studien zum Thema Elektromobilität Mobilität in Deutschland Mobilitätspanel NET-ELAN Einfluss von Elektrofahrzeugen und Ladeszenarien Nutzungsprofile konventioneller, privater Nutzer EneSys Langstrecken-Elektromobilität Energieeffizienz (Schwerpunkt Rekuperation, Nebenaggregate-Management) Alltagseignung, potenzielle Käufer/Testnutzer eflott Effizient laden, Batteriekapazität, Wirtschaftlichkeit Bewegungsprofile konventioneller Fahrzeuge Seite 9

10 Motivation Stand der Forschung Kleine Problemanalyse: Keine realen Nutzer von EV andere Motivation andere Nutzung Nutzungsverhalten konv. Fahrzeuge wird auf EV projiziert Nutzergruppe unpassend Seite 10

11 Projekt komdrive Elektrifizierungspotenzial kommerzieller Kraftfahrzeugflotten im Wirtschaftsverkehr als dezentrale Energieressource in städtischen Verteilnetzen Seite 11

12 Was wird betrachtet? - Städtischer Wirtschaftsverkehr, kein Fernverkehr, kein Privatverkehr - Elektrifizierungsgrade: BEV, PHEV - Fahrzeugtypen: Zweirad bis mittelschwere LKW - Fahrzeugflotten (keine Einzelfahrzeuge) Seite 12

13 Fahrprofil (Beispiel: KEP-Dienstleister Berlin) Seite 13

14 Durchführung Seite 14

15 Technik und Tools Gute Genauigkeit hinsichtlich GPS- Koordinaten und Geschwindigkeit Begrenzte Genauigkeit in Häuserschluchten Autarker, kostengünstiger (< 300 EUR pro Gerät) Kompakt & leicht Automatischer Stand-By-Betrieb Keine Änderungen am Fahrzeug nötig Seite 15

16 Technik und Tools FVB Companion Android App Integrierte Smartphone-Sensorik Hohe Verfügbarkeit Kostenlos für Nutzer Datenbankanbindung Anonymität Seite 16

17 Technik und Tools: Individual Driving Cycle Builder IDCB Usage Time PT 004 Usage Time PT 004 Speed [km/h] Fri Speed [km/h] Sat Speed [km/h] Speed [km/h] Time [hours] UTC Usage Time PT Time [hours] UTC Usage Time PT Seite 17 Sun Tue Time [hours] UTC Speed [km/h] Speed [km/h] Time [hours] UTC Usage Time PT Mon Time [hours] UTC Usage Time PT Wed Time [hours] UTC Geschwindigkeit [km/h] Individueller Fahrzyklus Zeit [s]

Beispiel KEP-Flotte: Routen 52.585 52.56 KEP 1 Speed [km/h] velog 06, Tour 1 140 120 52.585 52.56 KEP 2 Speed [km/h] velog 08, Tour 1 140 120 52.535 100 52.535 100 latitude [ ] 52.51 52.

18 Beispiel KEP-Flotte: Routen KEP 1 Speed [km/h] velog 06, Tour KEP 2 Speed [km/h] velog 08, Tour latitude [ ] latitude [ ] longitude [ ] longitude [ ] 0 Seite 18

19 Fahrzeugauslegung - Vorgaben Ist-Zustand Elektrifizierungspotenzial: Vorgaben für die Batterie Nutzeroptimierte Auslegung Nennkapazität auf Grundlage des Fahrprofils SOH = 80% am Ende der Batterie- Lebensdauer Berücksichtigung der Nebenverbraucher Seite 19

20 Beispiel KEP-Flotte: Ergebnisse Einzelfahrzeug Minimalverbrauch, 55 km Minimalverbrauch, 65 km Sommertag, 55 km Wintertag, 55 km Seite 20

21 Ergebnisse komdrive Fahrprofile sehr inhomogen (Einsatzzeiten, Tagesfahrleistung, Rahmenbedingungen) BEV oft möglich Investitionskosten: PKW ab 2025 BEV und PHEV günstiger als konv. Fahrzeuge leichte LKW in 2025 ca. gleiche Kosten für alle Antriebsvarianten ab 2030 BEV < PHEV < konventionell mittelschwere LKW kein Vorteil für BEV oder PHEV bis 2030, je nach Einsatzprofil evtl. PHEV interessant Seite 21

22 Ergebnisse komdrive Standzeiten: mindestens eine längere Standzeit (0,5 h 2 h) je Zyklus für mögliches Nachladen (Verteilung stark inhomogen) Kein mittäglicher Pausenpeak nächtliche Standzeiten mind. 5h Einfluss des Beladungsprofils <1% auf den Verbrauch (Flachland) Seite 22

23 Bestimmung des optimalen Elektrifizierungsgrades - Tausch von Fahrzeugen - Nachnutzung von Batterien Seite 23

24 Projekt AMPERE Vorteil PHEV/E-REV These Range Extender bieten einen idealen Kompromiss aus großer Reichweite und (lokal) emissionsfreiem Fahren. Sie sind ein vollständiger Ersatz zum konventionellen Fahrzeug mit Verbrennungsmotor. Frage Wie müssen die einzelnen Komponenten zur Maximierung der elektrischen Fahranteile dimensioniert werden? Seite 24

25 Projekt AMPERE Konzept PHEV Keine Reichweitenproblematik durch Range Extender Bei Erreichen des SOC-Minimums wird der Verbrennungsmotor eingeschaltet. Serieller Hybrid Verbrennungsmotor kann stationär im Bestpunkt betrieben werden Batterie wird nicht geladen, sondern auf einem konstanten Niveau gehalten Volle Ladung über Stecker Seite 25

26 Methodik Seite 26

27 Probanden Datenbank: 56 Fahrer, 1Jahr (Feb Feb 2015) Datensätze Seite 27

28 Ampera-Nutzung Bei rein elektrischen Fahrten Ø > 30 km/h (zum Vergleich: Ø Stadt: 17,2 km/h) 62% der Fahrer mit elektr. Fahranteil von > 90% 80% der täglichen Fahrstrecken < 50 km Seite 28

29 Daten und Kennfelder Verteilung der Datenpunkte (#): nur ein kleiner Bereich wird häufiger benutzt Betriebsstrategie Seite 29

30 Ergebnisse AMPERE 80% der Gesamtjahresfahrleistung < km Bis zu 90% der täglichen Fahrten < 100 km Hauptsächliche Nutzung: Arbeitsweg Reichweiten über dem derzeitig verfügbaren Schnitt erwünscht Nebenverbrauch (Heizung/Klima) hat deutlichen Einfluss auf den elektr. Energieverbrauch, kaum Einfluss auf den Treibstoffverbrauch Seite 30

31 Fazit E-Fahrzeuge sind alltagstauglich externe (Lade-) Infrastruktur wird selten genutzt Warum? Flotten sind prädestiniert Reichweitenangst ist objektiv unbegründet Energiebilanz ist negativ (abhängig vom Strommix) maßgeschneiderte Modelle wären für den Nutzer sinnvoll Seite 31

32 Vielen Dank für die Aufmerksamkeit! Prof. Dr. Stefanie Marker Technische Universität Berlin FG Fahrerverhaltensbeobachtung für energetische Optimierung und Unfallvermeidung Seite 32

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