Innovationen für die Elektromobilität - Ergebnisse aus dem Förderprogramm ELEKTRO POWER II 2016-2018 - Bundesministerium für ...
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Innovationen für die Elektromobilität Ergebnisse aus dem Förderprogramm ELEKTRO POWER II 2016–2018
Impressum
Herausgeber
Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi)
Öffentlichkeitsarbeit
11019 Berlin
www.bmwi.de
Stand
September 2018
Text und Redaktion
Begleit- und Wirkungsforschung ELEKTRO POWER II
Gestaltung
PRpetuum GmbH, München
Bildnachweise
Fotolia
3dkombinat / S. 9; beebright / S. 24; bevisphoto / S. 20 links
Petair / S. 11, S. 13; slavun / S. 4
iStockphoto Diese und weitere Broschüren erhalten Sie bei:
bizoo_n / Titel; Firstsignal / S. 3 Bundesministerium für Wirtschaft und Energie
Referat Öffentlichkeitsarbeit
Andrea Fabry / S. 14 E-Mail: publikationen@bundesregierung.de
BMW AG / S. 18 oben links www.bmwi.de
BMW Group / S. 7
Continental / S. 18 oben rechts Zentraler Bestellservice:
DELTA/innogy SE / S. 24 Telefon: 030 182722721
Deutsche Post AG / S. 6 Bestellfax: 030 18102722721
DIN/Mario Breier / S. 17
e.GO Mobile AG / S. 22 Diese Publikation wird vom Bundesministerium für Wirtschaft und
E-Mobility Components / S. 23 Energie im Rahmen der Öffentlichkeitsarbeit herausgegeben. Die Publi
innogy SE / S. 24 oben rechts kation wird kostenlos abgegeben und ist nicht zum Verkauf bestimmt.
Lehrstuhl für Production Engineering / LHLK / S. 2 Sie darf weder von Parteien noch von Wahlwerbern oder Wahlhelfern
Privat / S. 5, S. 18 unten, S. 20 rechts während eines Wahlkampfes zum Zwecke der Wahlwerbung verwendet
Robert Bosch GmbH 2018 / S. 21 werden. Dies gilt für Bundestags-, Landtags- und Kommunalwahlen
Timo Reuter / S. 8 sowie für Wahlen zum Europäischen Parlament.
Inhalt Innovationen für die Elektromobilität . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 ELEKTRO POWER II: Positionierung der Wertschöpfungskette . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 FlexJoin – Hochflexibel elektrische Ströme transportieren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 POLICE – Verlängerte Nutzungsdauer durch updatefähige Fahrzeugkonzepte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 PRO-E-Traktion – Automatisierte und robuste Produktionssysteme für E-Traktionsantriebe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 InnoDeLiBatt – Produktionstechnologien für demontagegerechte Batteriesysteme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 „Datenschutz ist ein Grundrecht“ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 SmartBodySynergy – Smarte Rohbauzellen für elektrifizierte Fahrzeuge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 SD-SE – Schnittstellendesign zwischen Strom- und Elektromobilitätssystem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 TRADE EVs – Integration von E-Fahrzeug-Flotten in den Strommarkt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 LADEN2020 – Aufbau einer optimierten Ladeinfrastruktur in Deutschland bis 2020 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 IILSE – Interoperabilität von induktiven Ladesystemen für E-Pkw . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 eBusCS – Internationaler Standard für kontaktgebundenes Laden von E-Bussen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 STILLE – Standardisierung induktiver Ladesysteme über Leistungsklassen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 „Standards unterstützen den Roll-out der Elektromobilität“ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 Standards in der Elektromobilität: Meinungen aus der Wirtschaft . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 EmoStar²K – Förderung der Elektromobilität durch Normung und Standardisierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 „Der rechtskonforme Aufbau von Ladesäulen bleibt das wichtigste Thema“ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 BiLawE – Bidirektionale und induktive Ladesysteme für Elektrofahrzeuge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 LoCoMo – Invest-minimale und hocheffiziente Montage von Elektrofahrzeugen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 DELTA – Datensicherheit beim Laden von Elektrofahrzeugen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
2
Innovationen für die Elektromobilität
Standardisierung und Schnittstellendesign
zwischen Energiesystem und Elektromobilität:
Optimierter Aufbau EmoStar²K und SD-SE
von Ladeinfrastruktur:
LADEN 2020
Standardisierung des Ladens und des
Energiemanagements für Elektrobusse:
eBusCS
Verlängerte Fahrzeugnutzung
durch: POLICE
Wirtschaftliche Ausgestaltung
von stationärer und mobiler
Ladeinfrastruktur: SD-SE
Induktive Ladesysteme –
standardisiert, bidirektional
und interoperabel:
STILLE, IILSE und BiLawE
DATEN
DATEN
Produktionstechnologien für Batterien:
InnoDeLiBatt und FlexJoin
Intelligente Fertigung von E-Fahrzeugen
und E-Motoren:
PRO-E-Traktion, SmartBodySynergy
und LoCoMo
Datensicherheit und -integrität beim Laden und
eichkonformen Abrechnen: DELTA
Integration von E-Fahrzeug-Flotten in virtuelle Kraftwerke: TRADE EVs Teilnahme von E-Fahrzeug-Flotten am Energiemarkt: TRADE EVs
I N N O VAT I O N E N F Ü R D I E E L E K T R O M O B I L I TÄT 3
ELEKTRO POWER II
Positionierung der Wertschöpfungskette
Das Förderprogramm ELEKTRO POWER II befindet sich • Die Digitalisierung der Produktion ermöglicht eine
auf der Zielgeraden – in den drei Jahren des Förderzeit- flexiblere und bedarfsgerechtere Produktion.
raums haben die Projekte in sehr unterschiedlichen The-
menfeldern erfolgreiche Forschungsarbeit geleistet. Die • Durch frühzeitige Normierungs- und Standardisierungs-
vorliegende Broschüre stellt ihre Ergebnisse vor und ordnet arbeiten wird die Wettbewerbsfähigkeit der deutschen
diese in den Gesamtkontext des Ökosystems Elektromobi- Industrie erhöht.
lität und der Energiewende ein.
Jede dieser Dimensionen markiert einen wesentlichen Bau-
Mit dem Programm ELEKTRO POWER II hat das BMWi stein im Gesamtsystem Elektromobilität – somit besitzen
innovative Vorhaben in den folgenden industriepolitisch die Ergebnisse der einzelnen Dimensionen bereits für sich
wichtigen Zieldimensionen unterstützt: genommen hohe Relevanz. Der Mehrwert des Förderpro-
gramms liegt jedoch darin, dass diese Resultate, die aufein-
• Elektrofahrzeuge werden intelligent und wirtschaftlich ander aufbauen und sich ergänzen, zusammengeführt wer-
in die Energiesysteme eingebunden und dadurch zu den. Jedes Projekt leistet somit einen signifikanten Beitrag
einem wesentlichen Erfolgsfaktor für die Energiewende. zum Erreichen des Gesamterfolgs: der Ablösung traditionel-
ler, auf der Verbrennung fossiler Energieträger basierender,
• Die Herstellungskosten von Elektrofahrzeugen und die Fahrzeugtechnologien durch umweltfreundliche Elektro-
Gesamtsystemkosten der Elektromobilität werden durch fahrzeuge. Das Schaubild „Innovationen für die Elektromo-
den Einsatz wirtschaftlicher Produktionstechnologien bilität“ verortet die einzelnen Projekte im Gesamtsystem
reduziert. des sich in Deutschland derzeit dramatisch wandelnden
Energiesystems.
4 I N N O VAT I O N E N F Ü R D I E E L E K T R O M O B I L I TÄT Im Jahr 2018 ist die Landschaft der Elektromobilität in lierbare Produktionsmethoden in die Praxis überführt, die Deutschland wesentlich facettenreicher als zu Beginn des für mehr Langlebigkeit von E-Fahrzeugen und für zuneh- Programms ELEKTRO POWER II. Die in dieser Broschüre mende Variantenvielfalt der Modelle sorgen. Die Ziele, die präsentierten Ergebnisse zeigen, an welch zukunftsweisen- ökologische Bilanz und insbesondere die Energieeffizienz den Technologiefeldern die Förderung angesetzt hat. Der der Produktion zu verbessern und den Ressourceneinsatz Nachweis der technischen Machbarkeit, induktive Ladesys- von der Idee bis zum Produkt zu optimieren, wurden teme intelligent an das Stromnetz anzubinden, ist heute erreicht – auch durch die intelligente Vernetzung von Anla- grundsätzlich erbracht, ebenso wie die Interoperabilität genstrukturen und Fertigungstechnologien. von E-Fahrzeugen zu unterschiedlichen Ladesystemen. „Stromtanken“ wird durch neue Konzepte zukünftig einfa- Durch das Programm ELEKTRO POWER II ist die Etablie- cher und komfortabler werden. Die damit verbundenen rung der Elektromobilität und ihre Einbindung in eine rechtlichen Fragestellungen wurden thematisiert und übergeordnete „Energiewende“ ein Stück näher gerückt. einem Lösungsweg zugeführt. Dies schließt auch den Nun gilt es, die gefundenen Lösungen in die industriellen Schutz der Nutzer vor missbräuchlichem Gebrauch ihrer Wertschöpfungsprozesse zu überführen und so die Wettbe- Daten und (rechts-)sichere Lösungen zum Abrechnen von werbsposition der deutschen Wirtschaft zu stärken. Ladevorgängen ein. Eine große Hürde für den Durchbruch im Markt für Elektro- fahrzeuge besteht jedoch weiterhin: die Kombination aus hohem Fahrzeugpreis bei gleichzeitig eingeschränkter Reichweite. Daher wurde im Forschungsprogramm ELEK- TRO POWER II auch sehr bewusst die Entwicklung neuer Fahrzeug- und Produktionssysteme unterstützt. Mit inno- vativen Konzepten werden jetzt flexible, robuste und ska-
I N N O VAT I O N E N F Ü R D I E E L E K T R O M O B I L I TÄT 5
FlexJoin
Hochflexibel elektrische Ströme transportieren
FlexJoin setzt durch den Einsatz von Lasertechnik neue Standards in der Produktion von Batterien für Elektroautos.
Dr. Friedhelm Günter vom Konsortialführer Robert Bosch GmbH gibt Einblicke in die Technologie und ihre praktische
Umsetzung.
Wie würden Sie die Ausgangssituation beim Wir haben ein hochflexibles
Start des Projektes beschreiben? Fertigungsverfahren, das für die
Produktion jedes Batterietyps
Es gab faktisch keine Standardbatterien für Elektrofahrzeuge. geeignet ist, entwickelt. So sen-
Jeder Hersteller hatte eigene Lösungen gefunden, die sich ken wir die Kosten und die Her-
sogar je nach Modell nochmal differenzierten. Wir konnten stellung wird wirtschaftlicher.
am Markt steigende, aber nicht großserienmäßige Stück- Davon profitiert natürlich auch
zahlen beobachten, gleichzeitig herrschte eine hohe Varianz der Autofahrer selbst, da die Bat-
und Vielfalt in den Produkten. Eine solche Ausdifferenzie- terien billiger und damit E-Autos Dr. Friedhelm Günter
rung ist in der Herstellung aber nicht wirtschaftlich. Die erschwinglicher werden. Im Pro-
Entwicklung einer universellen Fertigungslösung für das jekt FlexJoin wurden zentrale Elemente der am Markt vor-
Verbinden von Batteriezellen zu Batteriemodulen kann handenen Bondanlagentechnik für die Verarbeitung von
man getrost als große Herausforderung beschreiben. Die breitem Bandmaterial angepasst und wo erforderlich von
Grundidee, mit Hilfe eines Laser-basierten Verfahrens Kup- Grund auf neu entwickelt. Unser Demonstrator zeigt, dass
ferbändchen für elektrische Verschaltungen zu verarbeiten, sämtliche Projektziele erreicht wurden.
wurde im BMBF-Forschungsprojekt ROBE untersucht. An
diese Vorarbeiten haben wir angedockt mit dem Ziel, das
Verfahren und die notwendige Anlagentechnik zur Ferti- Welche Einsatzgebiete sehen Sie für die
gungsreife zu führen. Bonder-Maschine?
Wir haben eine neue Möglichkeit geschaffen, mit den
Wie funktioniert die Lösung, die im Projekt Batteriemodulen die wesentlichen Komponenten des elek-
gefunden wurde? trischen Antriebsstrangs zu fertigen. Zu Beginn des Projekts
stand das Verschalten der Hochvoltbatterie sehr im Fokus,
Unser Ansatz betrifft die Verschaltung der Batterie. Die aber die Anwendungsbereiche sind vielfältig. So ist das
Bändchen, die die einzelnen Zellen zu einer Batterie ver- Verfahren auch auf andere Komponenten des elektrischen
binden, werden per Laserstrahl aufgeschweißt. Dazu muss Antriebsstrangs übertragbar, etwa Steuergeräte oder Inver-
man wissen, dass der sogenannte Bondkopf das multifunk- ter in der Leistungselektronik.
tionale Herz der Anlage ist. Er positioniert, führt und schnei-
det die eingesetzten Kupferbändchen und stellt gleichzeitig Auch andere Projekte, deren Produkte nicht dem Auto
den Arbeitspunkt des Lasers sicher. Der Laser-basierte mobilbereich zuzuordnen sind, können profitieren: Das
Bondkopf wird durch eine Software gesteuert, sodass die Verfahren ist überall einsetzbar, wo hochflexibel elektrische
Hersteller die Zellen ganz nach ihrem Bedarf miteinander Ströme transportiert werden müssen.
verknüpfen können.
Die Maschine, die zu diesem Zweck entwickelt wurde, ist
eine sogenannte Bonder-Maschine. Sie kann Kupferbänd-
chen bis zu einer Breite von zehn Millimeter flexibel ver-
arbeiten. Das heißt, man kann ein Bauteil mit dem Bond- Konsortialpartner des Projekts FlexJoin
kopf anfahren, dort das Bändchen festschweißen und zu Robert Bosch GmbH (Konsortialführer), BINDER tecsys
einem zweiten Punkt transportieren, wo es auch wieder GmbH, Fraunhofer ILT, F&K Delvotec GmbH, Heraeus
fixiert und abgeschnitten wird. Dieser Vorgang funktioniert Deutschland GmbH
richtungsunabhängig. Und was hier so harmlos nach Bänd-
Weitere Informationen zu FlexJoin
chen klingt, sind in der Realität Hochstromverbindungen
mit bis zu mehreren hundert Ampere Stromtragfähigkeit.
6 I N N O VAT I O N E N F Ü R D I E E L E K T R O M O B I L I TÄT
POLICE
Verlängerte Nutzungsdauer durch updatefähige Fahrzeugkonzepte
Im Projekt POLICE (PrOlonged Life Cycle for Electric vehicles) wurden Wege gesucht, um die Aufbereitung von gebrauchten
Elektrofahrzeugen zu ermöglichen. Durch das sogenannte Remanufacturing können die Nutzungsdauer erhöht und die
Gesamtkosten über die Lebensdauer des Fahrzeugs gesenkt werden. Prof. Dr. Achim Kampker vom Konsortialführer
StreetScooter verrät im Interview, ob dies gelungen ist.
Was war die Ausgangssituation beim Start des Welche technischen
Projektes? Ergebnisse konnten bei
POLICE erzielt werden?
Noch immer sind die Anschaffungskosten ein zentraler
Grund für die noch geringe Verbreitung von Elektrofahr- Im Ergebnis wurde ein Fahr-
zeugen. Dies gilt insbesondere, wenn dieselben Reichweiten zeug- und Produktionskonzept
wie bei konventionell angetriebenen Fahrzeugen erzielt entwickelt, das Remanufacturing
werden sollen. Die höheren Anschaffungskosten werden tatsächlich möglich macht. Das
derzeit zumeist nicht durch die geringeren Betriebskosten Batteriepack als teuerstes System Prof. Dr. Achim Kampker
über den Lebenszyklus wieder hereingeholt. Eine längere eines Elektrofahrzeugs wurde so
Nutzungsdauer des Fahrzeugs ist eine Möglichkeit, Kosten gestaltet, dass die Komponenten einzeln oder komplett
zu senken. ausgetauscht werden können. Durch den Tausch gealterter
Batteriezellen kann die Lebensdauer der Batterie erhöht
werden, ohne dabei das gesamte Batteriepack austauschen
Welche Ziele hatten Sie sich gesetzt? zu müssen. Zudem können neue Batterietechnologien inte-
griert werden. Durch die Entwicklung flexibler Anbin-
Die Nutzungsdauer ist durch die begrenzte Lebensdauer der dungselemente für beispielsweise Kühlergrill oder Armatu-
Fahrzeugkomponenten eingeschränkt. Ein Ziel von POLICE renbrett an die Karosseriestruktur können Designkompo-
war also, die Nutzungsdauer einzelner Komponenten wie nenten an Kundenwünsche angepasst werden. Um diese
Batterie oder Exterieur und damit des gesamten Fahrzeugs Flexibilität auch produktionsseitig umzusetzen, können
durch das Aufarbeiten verschlissener Komponenten oder 3D-Druckverfahren eingesetzt werden.
einen gezielten Tausch defekter Einzelteile zu verlängern.
Die noch größere Herausforderung entsteht zusätzlich durch Wie können die Erkenntnisse aus dem Projekt
den gleichzeitigen Kundenwunsch nach einem modernen weiterverwendet werden?
Fahrzeug auf dem aktuellen Stand der Technik. Um dieser
Anforderung gerecht zu werden, muss ein kontinuierliches Das Marktpotenzial im Nutzfahrzeugbereich ist groß. Hier
Upgrade von Fahrzeugen zur Integration neuer Funktionen, beeinflussen weniger Emotionen die Kaufentscheidung,
wie bei einer Software, ermöglicht werden. Da ein Fahrzeug sondern ökonomische Argumente. Der Kostenvorteil wächst,
aber vornehmlich ein Hardware-Produkt ist, wird in diesem je länger das Fahrzeug genutzt wird. Mittelfristig besitzt
Zusammenhang von einem Remanufacturing des Elektro- das Konzept aber eine vergleichbar hohe Relevanz für das
fahrzeugs gesprochen. Hierzu musste die Integration neuer Privatkundengeschäft: Die Auslegung von Fahrzeugkompo-
Komponenten produkt- sowie produktionsseitig ermöglicht nenten auf eine längere Lebensdauer und der Ansatz des
werden. Remanufacturings ist ein besonders nachhaltiges Konzept
zur Steigerung der Rohstoff-, Energie- und Ressourceneffi-
zienz. Zum Vorteil aller Nutzer.
Was sind die Vorteile von Remanufacturing?
Aus ökologischer Sicht ist das Remanufacturing besonders
erstrebenswert, da mit wenig Energie- und Materialeinsatz
neue, langlebige Produkte geschaffen werden können. Aus Konsortialpartner des Projekts POLICE
ökonomischer Sicht kann Remanufacturing die Wirtschaft-
StreetScooter GmbH (Konsortialführer), DEKRA
lichkeit von Elektrofahrzeugen erheblich erhöhen.
Automobil GmbH, Futavis GmbH, RWTH Aachen
I N N O VAT I O N E N F Ü R D I E E L E K T R O M O B I L I TÄT 7
PRO-E-Traktion
Automatisierte und robuste Produktionssysteme für E-Traktionsantriebe
Das Projekt PRO-E-Traktion erforscht die Vernetzung von Prozesstechnologien in der Produktion von E-Traktionsantrieben.
Anlagen- und technologieübergreifend vernetzte Produktionseinrichtungen sollen Prozesszeiten und Herstellkosten
reduzieren sowie die Qualität bei der Fertigung elektrischer Antriebe erhöhen.
Ausgangssituation Technische Ergebnisse
Der Markt für elektrifizierte Fahrzeuge wächst. Die BMW Im Rahmen des Projekts wurden innovative Wicklungsfor-
Group erwartet, dass sie bis 2025 15 bis 25 Prozent elektrifi- men durch die gezielte Entwicklung und Einbindung intel-
zierte Fahrzeuge produzieren wird. Für dieses Wachstum ligent vernetzter und damit adaptiver Produktionseinrich-
von der Klein- zur Großserienproduktion sind einige der tungen erforscht. Mithilfe einer Referenzarchitektur wur-
derzeit eingesetzten Produktionsprozesse, wie beispiels- den relevante Produkt- und Prozessparameter definiert
weise die Wicklungstechnologien von E-Traktionsantrie- und anhand von Demonstratoren validiert. Diese Erkennt-
ben, nicht ausgelegt. Sie sind limitiert und ungeeignet für nisse wurden zudem in virtuelle Prozesssimulationen über-
eine hochautomatisierte und gleichzeitig prozesssichere führt. Dabei werden Prozesszeiten und Herstellkosten
Produktion von innovativen Elektromotoren. Diese Her- reduziert und gleichzeitig wird die Qualität in der Herstel-
ausforderungen verhindern derzeit eine robuste und kos- lung elektrischer Antriebe gesteigert.
teneffiziente Produktion für hohe Stückzahlen.
Weiterverwendung der Ergebnisse
Basierend auf den Ergebnissen wurden im Projekt Metho-
den und Technologien zur wirtschaftlichen Produktion
innovativer Elektromotoren ausgearbeitet. Damit können
die eingebundenen Industriepartner ihre bestehenden Pro-
duktangebote erweitern. Gleichzeitig wird eine weiterfüh-
rende Verwertung in Wissenschaft und Lehre ermöglicht.
Die Ergebnisse des Forschungsprojekts in Bezug auf not-
wendige Produktionstechnologien für Elektromotoren leis-
ten zudem einen Beitrag zur Steigerung der Wettbewerbs-
fähigkeit des Standorts Deutschland.
Das Projekt PRO-E-Traktion arbeitet an der Vernetzung von Prozess- Nutzen für die Anwender
technologien in der Produktion von E-Traktionsantrieben.
Die Projektergebnisse können branchenübergreifend für
die Fertigung von Elektromotoren über den Automobilsek-
Ziele des Förderprojekts tor hinaus übertragen werden. Damit tragen sie zur Siche-
rung der Produktionskapazitäten und damit auch der
Durch die Analyse und Weiterentwicklung von Traktions- Arbeitsplätze entlang der gesamten Wertschöpfungskette
antrieben werden die Herausforderungen in der Ferti- in Deutschland bei.
gungskette von künftigen E-Motoren mit innovativen
Wicklungsformen adressiert. Intelligent vernetzte Prozesse Konsortialpartner des Projekts PRO-E-Traktion
ermöglichen zudem einen hohen Automatisierungsgrad im
BMW AG (Konsortialführer), ThyssenKrupp System
Elektromaschinenbau bei ebenfalls hoher Prozessstabilität.
Engineering GmbH, TRUMPF Laser- und Systemtechnik
Dadurch werden wirtschaftlich hergestellte, innovative
GmbH, Otto Bihler Maschinenfabrik GmbH, RF Plast
E-Motoren möglich.
GmbH, Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-
Nürnberg, Universität der Bundeswehr München
Das Fördervorhaben PRO-E-Traktion läuft noch bis Mai 2019.8 I N N O VAT I O N E N F Ü R D I E E L E K T R O M O B I L I TÄT
InnoDeLiBatt
Produktionstechnologien für demontagegerechte Batteriesysteme
Das Forschungsprojekt InnoDeLiBatt (Innovative Produktionstechnologien für die Herstellung demontagegerechter
Lithium-Ionen-Batteriesysteme) entwickelt ein innovatives Batteriemodul, das den Austausch einzelner defekter Bauteile,
den Lithium-Ionen-Zellen, ermöglicht. Timo Reuter aus dem Projektmanagement der GreenIng GmbH & Co. KG,
Konsortialführer des Projektes, erläutert die Entwicklungen des Projekts.
Was war die Ausgangssituation des Projektes? Abschließend wurde ein demon-
tagegeeignetes Konzept für das
Fahrzeugbatterien bestehen aus mehreren Modulen, die Modulgehäuse erarbeitet. Das
miteinander verschaltet werden. Die Module wiederum lasergeschweißte Gehäuse eines
bestehen aus mehreren miteinander kontaktierten Zellen. Moduls muss dafür geeignet
Bislang stellt es sich so dar: Ist auch nur eine Zelle defekt, sein, defekte Zellen zu entneh-
müssen einzelne Module bis hin zu gesamten Batteriesyste- men und auszutauschen. Das
men ausgetauscht werden. Das ist aufwendig und kostenin- Konzept sieht hierfür Spannbän-
tensiv. Wir haben uns vorgenommen, den Zustand von Zel- der vor, wodurch die Zellen mit
len über den gesamten Lebenszyklus zu detektieren, um einem Schraubmechanismus
defekte Zellen identifizieren und diese bei Bedarf austau- lösbar und einstellbar verspannt Timo Reuter
schen zu können – ohne die intakten Zellen zu beschädigen. werden können.
Vor welchen Herausforderungen stand das Wie werden die Ergebnisse weiterverwendet?
Projekt dabei und wie wurden sie überwunden?
Im nächsten Schritt werden die im Rahmen des Projektes
Das Projekt InnoDeLiBatt hat sich mit drei wesentlichen erarbeiteten Lösungen an einem Prototyp abgebildet.
Entwicklungsschwerpunkten beschäftigt: Zum einen sollte Damit lassen sich die entwickelten Konzepte experimentell
ermöglicht werden, den Zustand von Lithium-Ionen-Zellen untersuchen. Abschließend wird Handlungsbedarf für wei-
über den gesamten Lebenszyklus hinweg zu analysieren, zu tere Zelltypen abgeleitet, bei denen womöglich ein anderes
dokumentieren und auszuwerten. Das Ergebnis ist eine auf Vorgehen nötig ist.
Funk basierende Zellsensorik, d. h. in die Zellen eingebaute
Sensoren ermitteln relevante Zellparameter, können sie
speichern und per Funk weitergeben. So lassen sich z. B. Inwiefern profitiert der Anwender?
auffällige Zellen direkt bei der Modulmontage ausschleu-
sen. Zudem ermöglicht das System eine gezielte Diagnose Für den Endverbraucher liegt der Mehrwert darin, dass
der Zellen im Fahrzeug. nicht mehr die ganze Batterie entsorgt werden muss, wenn
ein Teil defekt ist. Das spart enorme Reparaturkosten. Bei
Des Weiteren werden die Zellen zur elektrischen Kontak- einem Zelldefekt können Batteriemodule zukünftig kos-
tierung über sogenannte Zellverbinder zusammengefügt. tengünstig aufbereitet und weiterverwendet werden.
Diese Zellverbinder werden nach dem heutigen Stand der
Technik durch eine Laserschweißverbindung an den jewei- Zudem eignet sich das entwickelte Konzept für eine einfa-
ligen Zellpolen angebracht. Dies bringt signifikante Vorteile che Demontage des Batteriemoduls am Ende der Einsatz-
bezüglich der Leistungsfähigkeit der Batterie, erschwert zeit, um die Zellen in einem automatisierten Prozess recy-
jedoch die Demontage. Um die guten Performanceeigen- celn zu können.
schaften des Batteriesystems nicht zu gefährden, wurde im
Projekt entschieden, die Zellverbinder weiterhin laserzu-
schweißen. Das Ziel war von da an, eine Lösung zu finden, Konsortialpartner des Projekts InnoDeLiBatt
wie diese Verbindungen ohne Beschädigung der Zelle auf-
GreenIng GmbH & Co. KG, ElringKlinger AG, Institut für
getrennt und wiederholt kontaktiert werden können.
Produktionstechnik wbk am Karlsruher Institut für
TechnologieI N N O VAT I O N E N F Ü R D I E E L E K T R O M O B I L I TÄT 9
„Datenschutz ist ein Grundrecht“
Andrea Voßhoff ist die Bundesbeauftragte für den Datenschutz und die Informationsfreiheit in Deutschland.
Hier erklärt sie, wie der Umgang mit Mobilitätsdaten geregelt ist.
Welche Bedeutung haben die Themen Daten welche Zwecke genutzt werden. Ebenso besteht grundsätz-
sicherheit und Datenschutz für die Elektromobi lich das Recht, falsche Daten zu berichtigen oder der
lität und die dabei anfallenden Informationen Datenverarbeitung zu widersprechen.
zu Mobilitäts- und Ladeverhalten?
Datenschutz und Datensicherheit sind für die Elektromobi- Welche Ansicht vertreten Sie als Bundesbeauf
lität von großer Bedeutung. Hier können personenbezieh- tragte für den Datenschutz und die Informations
bare Daten anfallen, die z. B. Auskunft über das Mobilitäts- freiheit hinsichtlich einer „Eigentumsordnung“
und Ladeverhalten der Fahrzeugnutzer geben. Um den für Mobilitätsdaten?
Schutz der Privatsphäre der Nutzer zu gewährleisten, ist es
daher essenziell, die datenschutzrechtlichen Rahmenbedin- Einerseits spricht grundsätzlich nichts dagegen, Daten auch
gungen streng einzuhalten. Zudem sollte das Nutzerver- wirtschaftlich auszuwerten. Andererseits ist ein Eigentums-
trauen in Datenschutz und Datensicherheit weiter gestärkt recht an personenbezogenen Daten, das ausschließlich dar-
werden. Hierzu könnte man den Nutzern ermöglichen, auf abzielt, diese ökonomisch zu verwerten, äußerst kri-
ähnlich wie bei Smartphones den Zugriff auf einzelne ihrer tisch zu sehen. Die vielzitierte Betrachtungsweise von
Daten selbst steuern zu können. Auch die Einrichtung von Daten als „Öl des 21. Jahrhunderts“ degradiert den hinter
neutralen Stellen zur Prüfung von Datenschutz- und den Daten stehenden Menschen zur Ware. Das darf nicht
Datensicherheitsstandards sollte überlegt werden. passieren. Datenschutz ist ein Grundrecht und wird gerade
in unserer immer stärker durch die Digitalisierung gepräg-
ten Welt wichtiger denn je.
Wie schützt der aktuell geltende Rechtsrahmen
die Daten der Elektrofahrzeugfahrer?
Welche Herausforderungen im Themenfeld
Datenschutz kann auch als ein Grundrecht auf digitale Datensicherheit und Datenschutz werden durch
Unversehrtheit begriffen werden. Bildlich gesprochen ist die neue Verordnung auf Autohersteller, Lade
die Datenschutzgrundverordnung (DSGVO) somit eine Art säulen- und Netzbetreiber zukommen?
Straßenverkehrsordnung für den Datenverkehr. Soweit also
die Daten der Nutzer von Elektrofahrzeugen verarbeitet Die DSGVO führt jedenfalls aus deutscher Sicht nur sehr
werden, muss dies im Einklang mit der DSGVO erfolgen. eingeschränkt zu neuen Verpflichtungen. Wie bisher auch,
Konkret bedeutet das unter anderem, dass die Betroffenen dürfen personenbeziehbare Daten nur für erlaubte Zwecke
transparent informiert werden müssen, welche Daten für verwendet werden. Ebenso müssen dem Schutzbedarf ent-
sprechende technisch-organisatorische Maßnahmen ergrif-
fen werden, die auf dem Stand der Technik Daten vor
zweckfremder Verwendung schützen und deren Integrität
gewährleisten. Allerdings werden einige dieser grundsätz-
lich immer schon zu berücksichtigenden Vorgaben in der
DSGVO erstmals explizit schriftlich fixiert und für Verstöße
sind durch die nationalen Aufsichtsbehörden teilweise
Bußgelder zu verhängen. Dies betrifft vor allem die Pflicht,
die Grundsätze von Privacy by Design und by Default zu
berücksichtigen und damit sozusagen „Datenschutz ab
Werk“ einzuplanen. Ebenso könnte unter Umständen nun-
mehr bei gewissen Arten von Datenverarbeitungen die
Durchführung von Datenschutzfolgeabschätzungen erfor-
derlich werden.10 I N N O VAT I O N E N F Ü R D I E E L E K T R O M O B I L I TÄT
SmartBodySynergy
Smarte Rohbauzellen für elektrifizierte Fahrzeuge
Einen Paradigmenwechsel im Fahrzeug-Rohbau einzuleiten, nicht weniger hatte sich das Projekt SmartBodySynergy
vorgenommen. Bisher wurden Fahrzeugteile für elektrisch und konventionell angetriebene Fahrzeuge in separaten
Rohbaulinien hergestellt. Nun sollen Synergien genutzt, das Produktionssystem flexibilisiert und Fahrzeugkarosserien
in einem frei skalierbaren Modellmix gefertigt werden.
Ausgangssituation entworfen. Um eine störungsfreie Mensch-Roboter-Kolla-
boration zur flexiblen Bereitstellung von Bauteilen zu
Hohe Anschaffungskosten, lange Lieferzeiten und als unzu- ermöglichen, wurden einheitliche Schnittstellen und Kom-
reichend empfundene Batterieleistungen führen dazu, dass munikationsstandards entwickelt. Die technischen
die Nachfrage nach E-Fahrzeugen national und (mit Aus- Beschreibungen wurden in die Arbeit von Standardisie-
nahmen) auch international hinter den Erwartungen bleibt. rungs- und Normungsgremien überführt.
Um die notwendige Wettbewerbsfähigkeit und eine wirt-
schaftliche Produktion auch bei schwankender Nachfrage
für die deutschen Anbieter zu erreichen, müssen wesentli- Weiterverwendung der Ergebnisse
che Prozessschritte verbessert werden. Gelingt die Flexibili-
sierung des bisher starr automatisierten Rohbaus von Wenn sich vorhandene Kapazitäten flexibler nutzen lassen,
Karosserien, kann dies zum kostensenkenden Hebel wer- werden weniger neue Anlagen benötigt. Die geringeren
den. Separate Produktionslinien und -anlagen wie bisher Investitionen tragen zu einer Senkung der Herstellkosten
rechnen sich nur bei hohen Stückzahlen und voll ausgelas- und somit zur Erhöhung der Wirtschaftlichkeit der Elekt-
teten Kapazitäten. romobilität bei. Die Weiterentwicklung praxistauglicher
Konzepte zur Flexibilisierung von Produktionssystemen
kann für Unternehmen zu neuen Geschäftsfeldern führen.
Ziele
Im Projekt SmartBodySynergy wurde an Verfahren zur fle- Nutzen für die Anwender
xibleren Produktion von Fahrzeugkarosserien gearbeitet.
Das Ziel war es, Anlagen zum Fügen von Fahrzeugteilen, Die Projektergebnisse lassen für Kunden geringere Liefer-
d. h. zum Zusammenschweißen oder -nieten, zu konzeptio- zeiten von Elektrofahrzeugen erwarten, da der Modellmix
nieren und so zu entwickeln, dass sie sich für die Fahrzeug- und somit das jeweilige Produktionsvolumen gemäß der
produktion aller Antriebsarten einsetzen lassen. Die uni- Nachfrage wählbar ist. Zudem werden die Marktpreise
versell einsetzbaren, modularen Rohbauzellen sind hoch- attraktiver.
gradig wandlungsfähig und somit in der Lage, alle Teile
eines Fahrzeugrohbaus zu fertigen – sogar die Baugruppen
mit den größten Unterschieden zwischen konventionellen
und Elektroantrieben. So sollen separate, kostenintensive
Rohbaulinien vermieden und starre Verkettungen aufgelöst
werden.
Konsortialpartner des Projekts SmartBodySynergy
Technische Ergebnisse Mercedes Benz Cars (Konsortialführer), FFT Produktions
systeme GmbH & Co. KG, flexis AG, Karlsruher Institut
Nach der grundlegenden Definition von Anforderungen an für Technologie (KIT), ISRA VISION AG, J. Schmalz GmbH,
modular aufgebaute Montageanlagen wurde das Konzept Brandenburgische Technische Universität Cottbus –
skalierbarer Rohbauzellen entwickelt und exemplarisch Senftenberg (BTU), Daimler AG
ungesetzt. Dabei wurden Erkenntnisse und Erfahrungen
Weitere Informationen zu SmartBodySynergy
aus der Industrie-4.0-Systematik eingebracht sowie inno-
vative Mess- und Prüftechnikverfahren integriert. Zusätz-
lich wurden dezentrale Steuerungs- und LogistikszenarienI N N O VAT I O N E N F Ü R D I E E L E K T R O M O B I L I TÄT 11
SD-SE
Schnittstellendesign zwischen Strom- und Elektromobilitätssystem
Wie kann eine öffentlich zugängliche Ladeinfrastruktur für Elektrofahrzeuge finanziert werden? Welche Möglichkeiten
für einen einfachen Zugang zu dieser Infrastruktur gibt es und wie kann der Strom möglichst einfach und transparent
abgerechnet werden? Mit diesen Fragen hat sich das Projekt SD-SE beschäftigt und dafür an der Schnittstelle zwischen
Stromsystem und Ladeinfrastruktur angesetzt.
Ziele
Um Elektromobilität und Energiesystem zu einem funktio-
nierenden System zu verschmelzen, das für alle Akteure
inklusive der Endkunden wirtschaftlich attraktiv ist, wird
ein optimiertes Schnittstellendesign benötigt. Ziel des Pro-
jektes war es daher, verschiedene Modelle für eine Ladein
frastruktur zu finden, die den Endkunden einen einfachen
und attraktiven Zugang zur E-Mobilität ermöglicht. Gleich-
zeitig sollte das Laden auch im Sinne des zentralen Strom-
systems sein, also den benötigten Strom vor allem in Zeiten
einer hohen Erzeugung entnehmen. Dies wird immer
wichtiger, je mehr Strom aus fluktuierenden erneuerbaren
Energien in das Netz eingespeist wird.
Technische Ergebnisse Weiterverwendung der Ergebnisse
Verschiedene Modelle für die Ausgestaltung der Schnitt- Über Veröffentlichungen, Workshops und Vorträge wurden
stelle zwischen Energie- und Elektromobilitätssystem wur- die Ergebnisse des Projekts an die relevanten Stakeholder
den untersucht. Das Vorgehen bildete sowohl technische (öffentliche Hand, Energieversorgungsunternehmen, Auto-
als auch institutionelle Aspekte ab und berücksichtigte ins- mobilhersteller und Ladeinfrastruktur-Betreiber) herange-
besondere auch die Interessen der Endkunden. Die einzel- tragen. Darüber hinaus sind weitere offene Fragen rund um
nen Modelle beinhalteten Annahmen über die an Entschei- die Integration der Elektromobilität identifiziert worden,
dungen beteiligten Akteure sowie über die auf diese etwa die Steuerung von Ladevorgängen aufgrund von Ver-
Akteure einwirkenden Regeln. Identifiziert wurden Heraus- teilnetzengpässen, die nun im BMBF-geförderten Projekt
forderungen und institutionelle Umsetzungsschwierigkei- ENavi bearbeitet werden.
ten, aber auch passende Lösungswege. Die gewählte
Arbeitsteilung im Projekt kombinierte technische Expertise
zu Stromsystem und Ladeinfrastruktur mit ökonomischem Nutzen für die Anwender
und juristischem Know-how.
Mit einem optimierten Schnittstellendesign kann das
Als vorteilhaft hat sich die Trennung zwischen Ladeinfra- Gesamtkonstrukt aus Energie- und Elektromobilitätssys-
struktur und Strombelieferung erwiesen. Zum einen ist tem für alle Akteure einschließlich der Endkunden über
hier die Endkundenfreundlichkeit zu nennen: Endkunden Veröffentlichungen, Workshops und Vorträge wirtschaft-
können so immer mit „ihrem“ Stromlieferanten oder alter- lich attraktiv gestaltet werden. Dadurch wird die nachhal-
nativ mit einem deutschlandweiten Stromvertrieb laden. tige Etablierung einer öffentlich zugänglichen Ladeinfra-
Zum anderen erleichtert die Trennung die Integration der struktur und somit auch die Elektromobilität als Ganzes
erneuerbaren Energien in die Elektromobilität. Alternativ unterstützt.
können die Ziele auch mit einer Weiterentwicklung
bestehender Roaming-Modelle erreicht werden.
Konsortialpartner des Projekts SD-SE
TU Berlin12 I N N O VAT I O N E N F Ü R D I E E L E K T R O M O B I L I TÄT
TRADE EVs
Integration von E-Fahrzeug-Flotten in den Strommarkt
Der Energiemarkt in Deutschland steht vor der großen Herausforderung „Flexibilität der Regelleistungen“: Energie wird
zunehmend dezentral erzeugt und gespeichert. Elektrofahrzeuge als virtuelle Kraftwerke, deren Ladeprozess smart
gesteuert wird, können zu einem der Erfolgsfaktoren für die Energiewende und Elektromobilität werden – daran arbeitet
das Projekt TRADE EVs (Trade of Renewable, Aggregated and Distributed Energy by Electric Vehicles). Das Projekt ist im
März 2017 gestartet und läuft noch bis Ende Februar 2020.
Vision Micro-Smart-Grids zur Verbindung der Fahrzeugbatterien
mit stationären Speichern und gegebenenfalls auch Photo-
In Zukunft werden vor allem große Flotten aus elektrisch voltaik-Anlagen sowie weiteren Stromerzeugern und -ver-
angetriebenen Fahrzeugen bestehen: Aufgrund der kritischen brauchern wurden Standards und Systemarchitekturen
Masse von Elektrofahrzeugen ist deren Teilnahme am entwickelt. Somit wurde die Basis für eine Zusammenarbeit
Energiemarkt wirtschaftlich interessant, da Energie aus den aller Beteiligten – vom Flottenbetreiber bis zum Energie-
Fahrzeugbatterien in nennenswertem Umfang dem Markt versorger – geschaffen. Zudem konnten sowohl Geschäfts-
bereitgestellt werden kann. Die Batterien können zukünftig modelle für die Micro-Grids erarbeitet als auch abgeschätzt
für Regelenergie genutzt werden, um ein Ungleichgewicht werden, wie groß das Potenzial zur Einspeisung von Regel-
zwischen Energieerzeugung und -entnahme im Netz aus- energie an den Standorten ist. Hierfür werden im Projekt-
zugleichen. Die Ladeinfrastruktur wird auf den Energiebe- verlauf Second-Life-Batterien in der Praxis getestet. Dabei
darf der Einsatzfelder ausgerichtet, die Netzinfrastruktur handelt es sich um alte Akkus, deren Kapazität für den
von Verteilnetzbetreibern entsprechend angepasst sein. Es Betrieb eines Fahrzeugs nicht mehr ausreicht, die aber den
werden wirtschaftlich nachhaltige Geschäftsmodelle und Anforderungen als stationärer Speicher genügen.
Finanzierungsoptionen bestehen, die das notwendige Zu
sammenspiel von Flottenbetreibern, Anbietern von Speichern, Zur rechtlichen Absicherung der Marktintegration und des
Energieversorgern und -vermarktern tragfähig machen. dafür notwendigen Informationsflusses wird ein Sicherheits-
Die Fahrzeugbesitzer werden an den Erlösen durch die Teil- konzept zu Datensicherheit und Datenschutz entwickelt.
nahme am Energiemarkt beteiligt und können dadurch
ihre Kosten senken.
Weiterverwendung der Ergebnisse
Ziele Aus den Ergebnissen des Projekts werden Geschäftsmo-
delle abgeleitet, die durch den Verkauf in den Fahrzeugbat-
Im Projekt TRADE EVs sollen elektrische Flotten als virtu- terien befindlicher, nicht benötigter Energie die Wirtschaft-
elle Kraftwerke in den Strommarkt integriert werden. Dazu lichkeit elektrischer Fahrzeugflotten erhöhen. Die Erfolgs-
muss neben vielen technischen Fragestellungen auch der chance ist hoch, da Energieversorgungsunternehmen nach
Datenschutz betrachtet werden, da Energie- und Mobili- Ergänzungen zur Energieversorgung mit Grundlastkraft-
tätsbedarfe der Fahrzeugnutzer erhoben und analysiert werken suchen.
werden müssen. Eine Vielzahl von Fragen richtet sich auch
an die Betreiber von Netzinfrastrukturen und Energie-
marktplätzen. Sie müssen Anpassungen vornehmen, um
eine Flexibilisierung des Energiemarkts zu ermöglichen.
Technische Ergebnisse
Konsortialpartner des Projekts TRADE EVs
Es wurden Standorte ausgewählt und in Betrieb genom-
Energy2market GmbH, SAP SE, StreetScooter GmbH,
men, an denen verschiedene Konzepte zur Umsetzung der
Deutsche Post AG
virtuellen Kraftwerke erprobt werden. Für die notwendigenI N N O VAT I O N E N F Ü R D I E E L E K T R O M O B I L I TÄT 13
LADEN2020
Aufbau einer optimierten Ladeinfrastruktur in Deutschland bis 2020
Damit die Elektromobilität zu einem Erfolg wird, ist eine funktionierende Ladeinfrastruktur zwingend notwendig.
Autofahrer werden sich nur dann für ein elektrisches Fahrzeug entscheiden, wenn sie wissen, dass ausreichend
Möglichkeiten zum Laden gegeben sind.
Ziele zeugen an privater
Ladeinfrastruktur (also
Zu Beginn des Projekts gab es nur wenige Erkenntnisse etwa zu Hause) lädt, ver-
dazu, wie viele Ladepunkte für eine Million Elektrofahr- ringert dies den gesam-
zeuge (gemeinsame Zielgröße von Bundesregierung und ten Bedarf an Ladeinfra-
Industrie für das Jahr 2020) benötigt werden. Ziel des Pro- struktur deutlich, wobei
jekts war daher die Entwicklung einer Strategie zum Auf- öffentliche Ladeinfra-
bau einer bedarfsgerechten Ladeinfrastruktur für Elektro- struktur trotzdem benö-
mobile in Deutschland. Im Fokus der Betrachtung standen tigt wird.
batterieelektrische Fahrzeuge (BEVs) und Plug-in-Hyb-
rid-Fahrzeuge (PHEVs), bei denen der Akku sowohl über
den Verbrennungsmotor als auch über die Steckdose gela- Weiterverwendung
den werden kann. der Ergebnisse
Die Erkenntnisse des
Technische Ergebnisse Projekts sind in den
„Nationalen Strategie-
Im Projekt wurden unterschiedliche Bestands- und Nutzungs- rahmen über den Aufbau der Infrastruktur für alternative
szenarien entwickelt, um daraufhin den Ladeinfrastruktur- Kraftstoffe“ eingeflossen. Darüber hinaus wurde im Rah-
bedarf und die Empfehlungen für eine robuste Ladeinfra- men von LADEN2020 ein Analysetool entwickelt, das der
strukturstrategie abzuleiten. Im Referenzszenario besteht Ermittlung des Ladebedarfs von Elektrofahrzeugen dient
die Elektrofahrzeugflotte zu einem Drittel aus batterie und in weiteren Projekten nach wie vor Verwendung findet.
elektrischen Fahrzeugen und zu zwei Dritteln aus Plug-in-
Hybrid-Fahrzeugen.
Nutzen für die Anwender
Aus der entwickelten Methodik ergibt sich für das Referenz
szenario ein Ladeinfrastrukturbedarf von circa 33.000 öffent Zum ersten Mal wurde eine Methodik für den bedarfsge-
lichen und halböffentlichen Ladepunkten für den Alltags- rechten Ausbau der Ladeinfrastruktur entwickelt. Durch
verkehr und circa 2.600 öffentlichen Ladepunkten für den das Analysetool kann zukünftiger Bedarf an Ladepunkten
Fernverkehr (entlang von Autobahnen und Bundesfernstra- in Städten und Kommunen frühzeitig erkannt und der Auf
ßen). Je nach Ausgestaltung der Normalladeinfrastruktur bau strategisch vorbereitet werden. Damit können die zur
sowie der angestrebten Versorgungssicherheit erscheinen Verfügung stehenden öffentlichen Mittel (aus EU-, Bundes-
zusätzlich bis zu etwa 7.000 Schnellladepunkte sinnvoll. und Landesförderung) optimal eingesetzt und die Verwirk-
lichung von energie- und klimapolitischen Zielen unter-
Es konnten Erkenntnisse gewonnen werden, die Aufschluss stützt werden. Dies trägt auch zur positiven Entwicklung
über den sinnvollen Aufbau der Ladeinfrastruktur geben. und Verbreitung der Elektromobilität in Deutschland bei.
Erstens: Eine Ladeinfrastruktur für Laternenparker in rei-
nen Wohngebieten aufzubauen ist sehr ineffizient, da hier
das Parken im Vordergrund steht und nur wenige Ladevor- Konsortialpartner des Projekts LADEN2020
gänge erfolgen. Zweitens: Um nennenswerte batterieelekt- Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e. V.
rische Fahranteile zu erreichen, benötigen Plug-in-Hybride (Konsortialführer), Karlsruher Institut für Technologie
mehr öffentliche Ladeinfrastruktur als rein batteriebetrie- (KIT)
bene Fahrzeuge. Drittens: Bei einer steigenden Reichweite
der Batterie sinkt der Ladeinfrastrukturbedarf zwar, jedoch
nicht massiv. Viertens: Wenn ein höherer Anteil von Fahr-14 I N N O VAT I O N E N F Ü R D I E E L E K T R O M O B I L I TÄT
IILSE
Interoperabilität von induktiven Ladesystemen für E-Pkw
Ladetechnologien für Elektrofahrzeuge nutzen weltweit unterschiedliche Standards, die nicht miteinander kompatibel
sind. Für einen nachhaltigen globalen Markterfolg der Elektromobilität ist die Interoperabilität zwischen den einzelnen,
national genutzten Systemen jedoch unerlässlich. Dr. Patrick Jochem vom Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
erläutert, wie das Projekt IILSE zur internationalen Harmonisierung von Ladeinfrastruktur-Standards beiträgt.
Was war die Ausgangssituation beim Start des Rahmenbedingungen und des
Projektes? Datenaustauschs in Bezug auf
Elektromobilität durchgeführt.
Die fehlende vollständige Harmonisierung der Ladetechno- Sämtliche Ergebnisse flossen in
logien für Elektrofahrzeuge beeinträchtigt den nachhaltig einen Anforderungskatalog ein,
globalen Markterfolg der Elektromobilität. Nicht nur die aus dem Verbesserungsvor-
Automobilindustrie könnte bei einem einheitlichen Standard schläge für die Norm erarbeitet
sehr viel einfacher mehrere Märkte bedienen, auch der wurden.
Nutzer selbst hätte einen großen Mehrwert – beispielsweise Dr. Patrick Jochem
bei grenzüberschreitenden Fahrten mit dem eigenen Pkw.
Wie können diese Erkenntnisse weiterverwen-
det werden?
Was waren die konkreten Ziele des Projekts?
Die im Rahmen dieses Projekts erzielten Ergebnisse stellen
Das Projekt IILSE zielte darauf ab, mit Analysen zu wirt- einen wichtigen Grundstein für die internationale Normie-
schaftlichen, rechtlichen und elektrotechnischen Faktoren rung der Ladetechniken dar. Gerade der intensive Aus-
sowie zur Nutzerakzeptanz zu einer Vereinheitlichungs- tausch zwischen Wissenschaft und Industrie gewährleistet
strategie zu gelangen. Dabei wurde beabsichtigt, schluss- eine wirtschaftliche Nutzung der in diesem Projekt gewon-
endlich die Standards im Bereich des induktiven Ladens nenen Erkenntnisse.
sowie des Schnellladens international zu harmonisieren.
Warum ist das Projekt so wichtig?
Welche Ergebnisse konnten erzielt werden?
Für die Nationale Plattform Elektromobilität (NPE) in
Im Rahmen des Projekts IILSE wurde induktives Laden Deutschland stellte die internationale Harmonisierung der
unter verschiedenen wirtschaftswissenschaftlichen, techni- Standards für Ladeinfrastruktur ein Schlüsselelement für
schen und juristischen Gesichtspunkten näher beleuchtet. eine erfolgreiche Marktdurchdringung der Elektromobilität
dar. Das Projekt IILSE hat mit seinen Ergebnissen in diesem
Bei der Nutzerakzeptanzanalyse konnte unter anderem Bereich einen wesentlichen Beitrag
festgestellt werden, dass induktives Laden bei mehr als zur Förderung der nachhaltigen
40 Prozent der Befragten zu einem gesteigerten Interesse Integration von Elektromobilität in
an der Nutzung und dem Kauf von E-Pkw führt. das Energiesystem geleistet.
Bei den durchgeführten technischen Analysen standen
die Aspekte Effizienz, Anwenderfreundlichkeit und Inter- Konsortialpartner des Projekts IILSE
operabilität des Systemdesigns im Fokus. Außerdem wurden Karlsruher Institut für Technologie (KIT) mit den Insti-
systemsicherheitsrelevante und juristische Aspekte des tuten: Institut für Angewandte Informatik und Formale
grenzüberschreitenden Ladens untersucht. Beschreibungsverfahren (AIFB), Deutsch-Französisches
Institut für Umweltforschung (DFIU), Institut für Elekt-
Die aktuelle Norm für die Kommunikation zwischen E-Pkw roenergiesysteme und Hochspannungstechnik (IEH),
und Ladeinfrastruktur wurde einem Sicherheitstest durch Zentrum für Angewandte Rechtswissenschaft (ZAR)
eine Bedrohungsanalyse unterzogen. Dabei wurden fünf
Weitere Informationen zu IILSE
konzeptuelle Schwachstellen identifiziert. Weiterhin wurde
eine rechtsgebietsübergreifende Betrachtung der gesetzlichenI N N O VAT I O N E N F Ü R D I E E L E K T R O M O B I L I TÄT 15
eBusCS
Internationaler Standard für kontaktgebundenes Laden von E-Bussen
Den öffentlichen Linienbusbetrieb auf Elektrobusse umzustellen führt zu signifikant weniger Feinstaub und Lärm,
insbesondere an städtischen Verkehrsknotenpunkten. Davon profitieren Mensch und Umwelt.
Ausgangssituation Weiterverwendung der Ergebnisse
Die Luftqualität und der Umweltschutz in deutschen Groß- Die Ergebnisse von eBusCS sind durch die Weiterentwick-
städten könnten von einer konsequenten Umstellung des lung und Ausprägung von Anwendungsszenarien, Archi-
ÖPNV – und allen voran der Busse – auf Elektromobilität tektur-, Schnittstellenergänzungen und Kommunikations-
enorm profitieren. Dies ist bislang nicht zufriedenstellend protokollen für professionelle Anwender nachvollziehbar
geschehen. Eine Ursache lag darin, dass standardisierte und umsetzbar. Die Anlehnung an den im Elektrofahrzeug-
Schnittstellen fehlten, um elektrische Busse teilautomati- bereich etablierten und international anerkannten Standard
siert in die städtische Ladeinfrastruktur und den öffentli- des Combined Charging System (CCS) lässt eine Weiterver
chen Verkehrsbetrieb optimal integrieren zu können. Die wendung durch Dritte zu. Die grundsätzliche Machbarkeit
Folge: Hohe Ladeleistungen und Energiemengen führten wurde nachvollziehbar durch das eBusCS-Demonstrations-
zu unwirtschaftlichen Betriebsabläufen. system aufgezeigt. Für zukünftige Weiterentwicklungen in
Richtung induktives, d. h. kabelloses, Laden können die
Projektergebnisse und die Standardisierungsanstrengungen
Ziele zum Vorbild genommen werden.
Das Projekt eBusCS (Leverage E-Mobility Standardisation
for the eBus Charging System) hat das Ziel verfolgt, die Ein- Nutzen für die Anwender
satzmöglichkeiten und die Attraktivität der Elektromobili-
tät im öffentlichen Personennahverkehr und speziell im Nachhaltige und umweltschonende Mobilitätslösungen
Bereich der Linienbusse durch Optimierung und Standar- werden in Städten und Kommunen zur Erhöhung der
disierung des Energiemanagements signifikant zu erhöhen. Lebenszufriedenheit beitragen. Busse, die emissionsfrei,
Systeme zur praktischen Demonstration und Erprobung gespeist durch erneuerbare Energien und ohne Lärmbeläs-
von Ladesystemen und Elektrobussen sollten evaluiert und tigung zum Einsatz kommen, sind nicht nur für die bereits
weiterentwickelt werden. Außerdem galt es, in internatio- stark belasteten Verkehrssysteme attraktiv. Auch neue
nalen Standardisierungsgremien anerkannte Regeln für das Optionen der Verkehrsführung werden durch Elektrobusse
innerstädtische Laden von Elektrobussen abzustimmen. erschlossen. Die technische Machbarkeit des ökonomisch
optimierten Elektrobus-Ladens an Endhaltestellen ist
anhand individueller Lösungsansätze bereits nachgewiesen
Technische Ergebnisse und kann zum Wohle der städtischen Lebensqualität einge-
setzt werden.
Im Projekt wurden zunächst alle technischen Schritte beim
Ladevorgang von Elektrobussen gemäß geltender Standar-
disierungsregeln analysiert und in einem theoretischen
Modell abgebildet. Dieses Modell, die sogenannte theoreti-
sche Gesamtarchitektur, wurde als Basis für die Standardi-
sierungsarbeit zur Ladeschnittstelle genutzt. Gleichzeitig
wurde die Architektur in praxisnahe Systemaufbauten über Konsortialpartner des Projekts eBusCS
führt, um anschließend getestet und evaluiert zu werden.
Siemens AG (Konsortialführer), EvoBus GmbH, MAN
Truck & Bus AG (bis April 2017), TU Dortmund
Beim kontaktbasierten Laden von Elektrobussen konnten
verschiedene Anwendungsszenarien entwickelt werden, so Weitere Informationen zu eBusCS
wohl für das Depot-Charging (Laden im Busdepot) als auch
für das Opportunity Charging (Laden im Fahrbetrieb, z. B. an
End-/Zwischenhaltestellen). Erfolgreich getestet wurde dabei
auch ein erweitertes kompatibles Energie-Management.16 I N N O VAT I O N E N F Ü R D I E E L E K T R O M O B I L I TÄT
STILLE
Standardisierung induktiver Ladesysteme über Leistungsklassen
Das induktive Laden kommt ohne Stecker aus – es ist eine benutzerfreundliche und praxistaugliche Technologie zum
automatisierten, komfortablen Laden von Elektrofahrzeugen. Aktuell verfügbare Ladesysteme sind immer exklusiv an
einen Hersteller oder Anbieter gebunden, da noch keine allumfassend gültigen internationalen Standards zur Verfügung
stehen. Für das interoperable (herstellerübergreifende und systemübergreifende) öffentliche Laden bedarf es weiterent-
wickelter technischer Beschreibungen. Das Projekt STILLE hat Vorschläge für weltweit einheitliche Standards erarbeitet –
damit ein länderübergreifendes Netz von induktiven Ladepunkten entstehen kann.
Chancen entwickelt werden. Um festzustellen, welche Parameter zur
Sicherstellung der Energieübertragung relevant sind, wur-
Das Laden von Elektrofahrzeugen mit kabelloser Ladetech- den beispielhaft Ladesysteme für das induktive Laden in
nologie ist sehr komfortabel und kann zu neuen Anwen- verschiedenen Leistungsklassen getestet. Im Ergebnis
dungsfeldern und Geschäftsoptionen führen, die wiederum konnten Schnittstellen-Anforderungen formuliert werden,
die Elektromobilität attraktiver machen. Dazu müssen die die für alle Systeme gelten und grundlegend sind für das
eingesetzten Technologien aber herstellerübergreifend Zusammenwirken des Gesamtsystems „induktives Laden“.
standardisiert werden. Dies wird auch dabei helfen, eine
Variantenvielfalt, wie sie beim kabelgebundenen Laden
entstanden ist, von Anfang an zu vermeiden. Im Projekt Weiterverwendung der Ergebnisse und
STILLE sollten daher mögliche technische Umsetzungen Anwendervorteile
von kabellosen Ladetechnologien untersucht werden, auf
Basis derer die internationalen Standardisierungsaktivitä- Die Ergebnisse der durchgeführten Untersuchungen, wie
ten forciert und die Veröffentlichung einzelner Ladestan- etwa aus Testläufen oder Risikoanalysen, sind in die Stan-
dards beschleunigt werden können. dardisierungsarbeit eingeflossen, haben diese maßgeblich
unterstützt – und tun dies auch weiterhin. Nachdem die
Standards verabschiedet sind, kommen die Projektergebnisse
Ziele nicht nur den STILLE-Partnern, sondern der globalen Elek-
tromobilitätswirtschaft und den zukünftigen Käufern von
Das übergeordnete Ziel war, komfortables Laden mit Elektrofahrzeugen zugute. Der Ladevorgang, der noch immer
induktiven Ladesystemen hersteller- und systemübergrei- als eine der großen Herausforderungen der Elektromobilität
fend möglich zu machen. Damit alle beteiligten Akteure gilt, wird sehr komfortabel und ohne zusätzlichen Aufwand
und Systeme zusammenwirken können, mussten die für den Nutzer umsetzbar. Das Potenzial des kabellosen
Schnittstellen klar und eindeutig definiert sein: für die Ladens kann somit in Zukunft voll ausgeschöpft werden.
Kommunikation zwischen Ladeinfrastruktur und Fahrzeug,
für die exakte Positionierung des Fahrzeugs, für die Ener-
gieübertragung und den sicheren Betrieb des Systems.
Ein weiteres Ziel des Projektes STILLE war, internationale
Standards zu entwickeln und festzuschreiben, um Systeme
auch außerhalb Deutschlands kompatibel zu machen und
gleichzeitig die Technologieführerschaft der deutschen
Wirtschaft im Bereich alternativer Antriebs- und Ladetech- Konsortialpartner des Projekts STILLE
nologien zu unterstreichen. P3 Automotive GmbH (Konsortialführer), Audi AG, BMW
AG, Continental, Daimler AG, RWTH Aachen, TU Braun-
schweig, Qualcomm, Robert Bosch GmbH, Toyota Motor
Vorgehen und Ergebnisse Europe NV/SA, Toyota Motorsport GmbH, TÜV SÜD AG,
WiTricity, Zeppelin Universität
Im Projekt wurden die bereits vorhandenen Technologie-
entwicklungen untersucht und bewertet. In vielen Teilge-
bieten des induktiven Ladens konnten zudem neue AnsätzeSie können auch lesen
