Fraunhofer IPK

Institut für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik

Verkehrstechnik

RouteCharge

Durch den Einsatz eines intelligenten Wechselbatteriesystems für elektrisch angetriebene Nutzfahrzeuge (e-NFZ) bis 40t mit Anhängerbetrieb, soll der Gütertransport zukunftsorientierter gestaltet werden. In einem Feldversuch eines Logistikunternehmens in Peine und dessen für den Großraum Berlin zuständigen Verteilzentrums in Berlin Westhafen, werden das e-NFZ und drei speziell für das Projekt aufgebaute Batteriewechselstationen erprobt. Durch das Projekt sollen Distanzen von bis zu 300 km mit einem e NFZ erschlossen werden. Die Wechselstationen erfüllen hierbei einen doppelten wirtschaftlichen Nutzen, indem sie die Kapazität des Batteriewechselsystems auch als primäre Regelleistung auf dem Strommarkt anbieten und dadurch wirtschaftlich betrieben werden können. Durch die Erfassung aller fahrzeug- und batterieinternen Daten wird zusätzlich der Nutzen eines gesteuerten, intelligenten Lademanagements analysiert und die Grundlage für eine adaptive Systemoptimierung geschaffen. Gleichzeitig wird das Ziel verfolgt, durch eine Standardisierung der Schnittstellen ein herstelleroffenes „Ausrollen“ des Systems, bestehend aus Fahrzeug, Wechselbatterie und PRL fähigen Batterieladestationen zu ermöglichen.


Die Herausforderung

Filialbelieferungen und Warentransporte zwischen Hub´s bis zu einer Entfernung von 300 km sollen mit e-NFZ realisiert werden. Um Zeit zu sparen, sind Wechselbatteriesysteme anstelle von fest verbauten Traktionsbatterien vorgesehen. Die Flottenbetreiber möchten mit der gleichen Dispositionsfreiheit und Flexibilität arbeiten, die sie von Dieselfahrzeugen kennen. Lange und unproduktive Standzeiten zum Laden der Batterien sollen entfallen. Ende 2019 sollen die Ergebnisse den Speditionen zur Verfügung stehen.


Abbildung 1: NaNu 12t e-NFZ auf der IAA Hannover; Copyright: Fraunhofer IPK

Das Konzept

Entlang einer Hauptachse des Güterverkehrs entstehen, im Abstand von circa 150 km, Batteriewechselstationen für e-NFZ. Das in dem Projekt eingesetzte Wechselbatteriesystem bringt in Verbindung mit den Batteriewechselstationen einen doppelten Nutzen. Zum einen dienen die Wechselbatterien als Traktionsbatterien für die Fahrzeuge und erwirtschaften dort Erträge. Zum anderen steht ihre Kapazität bidirektional für netzseitige Regelleistungen zur Verfügung, während sie in den Batteriewechselstationen für den nächsten Fahrzeugumlauf aufgeladen werden. Der Tausch von Batterien ohne die bisherigen Wartezeiten beim Laden fest verbauter Traktionsbatterien hat höchste Priorität, denn im Güterverkehr ist Zeit mit Geld gleichzusetzen. Die Flottendisposition gibt dabei die zeitlichen Arbeitsparameter aller angeschlossenen Systeme vor, eine übergeordnete Steuerungssoftware optimiert die Ladeprozesse und stellt die Netzintegration des Systems für die Bereitstellung der Primärregelleistung sicher. Die vorrangige Speicherung nachhaltig erzeugter Energie wird dabei berücksichtigt.


Abbildung 2: Topografische Streckendarstellung; Copyright: TU Berlin, Jan Reipert

Die Zielgruppe und deren Nutzen

Flotten im Dreischichtbetrieb, Mittelstreckentransporte, Filiallieferverkehr und Dienstleister für Gütertransporte profitieren von RouteCharge. Sie senken ihre Betriebskosten durch die Batteriewechselstationen und steigern direkt ihre Rentabilität. Das zukünftig standardisierte Wechselbatteriesystem erlaubt die Kombination zu vielen Zielsystemen, was zu einem wirtschaftlichen Vorteil führt. Alle Vorteile zusammen verbessern die TCO (Total Cost of Ownership) der e-NFZ deutlich gegenüber anderen Antriebstechnologien.

Die Energie

Das Nachhaltigkeitsziel des Projektes wird durch die optimale Nutzung erneuerbarer Energien realisiert. Ein intelligentes Management der Energie- und Speichersysteme nutzt das fluktuierende Stromangebot aus erneuerbaren Energien bestmöglich und stabilisiert dabei gleichzeitig das Stromnetz mit der Bereitstellung von Primärregelleistung. Der Fahrzeugbetrieb wird hierdurch so CO2-neutral wie möglich gestaltet und die Energiekosten minimal gehalten.

Vernetzte Kommunikation

Eine zentrale Kommunikationsplattform übernimmt die Steuerung. Die Plattform verfügt über Schnittstellen zu integrierten Energie Systemen (IES), nachhaltigen Energiequellen, Batteriegroßspeichern, DC-Schnelladetechnik, dem Batterieeinsatzmanagement und den Fahrzeugen.

Chance für Betreiber und Nutzer

Das Wechselbatteriesystem sichert dem Güterverkehr große Reichweiten der Fahrzeuge ohne Zeitverluste. Die Betriebskosten sind konkurrenzlos niedrig und dies bei einem Höchstmaß an umweltfreundlich genutzter Energie. Zukunftsweisend garantieren e-NFZ den Lieferverkehr in Städten mit Umweltzonen fast zu jeder Uhrzeit, denn sie fahren nicht nur emissionsfrei, sondern auch geräuscharm. Die Batteriewechselstationen erwirtschaften aus den Regelleistungen für das Stromnetz sofort Einnahmen.

Konsortialpartner:

  • Meyer & Meyer Holding GmbH & Co. KG (Konsortialführer)
  • Fraunhofer-Institut für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik IPK
  • TU Berlin: Fachgebiet Logistik und DAI-Labor
  • Castellan AG
  • WEMAG AG