AATP Sucess Stories

In den AATP Sucess Stories werden innovative Projekte vorgestellt, die exemplarisch für den Wandel hin zu emissionsfreien Antrieben in der Mobilität stehen.

EMPA-Trac Electric Modular Platform Architecture – Tractor

Das Projekt handelt von der Entwicklung und Erprobung eines modularen, batterieelektrischen Trägerfahrzeugs für Kommunaltechnik und Agrarsektor bis 7,5 Tonnen Gesamtgewicht.

Der Schwerpunkt der Entwicklung lag auf dem Modulkonzept, welches es ermöglichen sollte, unterschiedlichste Fahrzeugkonfigurationen aus identischen, voll integrierten Segmenten aufzubauen. Es können zwei-, drei- oder auch vierachsige Varianten realisiert werden.

Weitere Informationen zum Projekt unter: https://www.klimafonds.gv.at/projekt/empa-trac/

MHP Mobile Hydrogen Powersupply

Projektziel war eine mobile, emissionsfreie E-Ladestation (Mobile Hydrogen Powersupply – MHP) zu entwickeln, mit deren Hilfe E-Fahrzeuge vor Ort „nachgeladen“ werden können. Auf einem Anhänger wurde ein PEM-Brennstoffzellenmodul mit Wasserstoff – Speichersystem, HV-Batterie, Leistungselektronik und HV-Ladestation (CCS und AC Type 2) aufgebaut.

Weitere Informationen unter: https://www.klimafonds.gv.at/projekt/mhp/

ETA/ETA 2

ETA – Efficiency optimization by developing advanced electric Transmissions for lowest emissions in wheel loader Applications

Der Bedarf von emissionsarmen Antrieben für Bau- und Arbeitsmaschinen steigt unentwegt.

Im Projekt ETA wurde einerseits ein Baukasten für Hochvolt-Antriebskomponenten für die Anwendung im Radlader qualifiziert und deren Eignung in einem kleinen Batterie-elektrischen Technologieträgerfahrzeug (BEV) erstmalig demonstriert. Andererseits wurden neuartige elektrische Getriebestrukturen für den Antrieb großer Radlader simulationsgestützt im Hinblick auf deren Effizienzverhalten untersucht, sowie deren Kostenstruktur bewertet, bspw. Lösungen mit elektrisch-mechanischer Leistungsverzweigung oder hydro-elektrischer Leistungsverzweigung, um diese den konventionellen elektrischen Antrieben gegenüberzustellen.

Weitere Informationen unter: https://www.klimafonds.gv.at/projekt/eta-1/

ETA2 Hydrogen as the door-opener for the Energy Turnaround in construction machinery Applications (fuel cell wheel loader)

Während man den Energiebedarf von kleinen bis mittelgroßen Radladern mit Batterie-elektrischen Lösungen noch ausreichend bedienen kann, bieten sich für das Dekarbonisieren bei Maschinen mit deutlich größerem Leistungs- und Energiebedarf die Wasserstoffantriebe an, gekennzeichnet durch die Möglichkeit des schnellen Betankens, wie beispielsweise in Form der Wasserstoff-Brennstoffzelle. Mit dem im Projekt ETA2 entwickelten Technologieträgerfahrzeug (FCEV) mit 700 bar Tanksystem wurden erste Einsatzerfahrungen mit dem mit Brennstoffzelle angetriebenen Radlader und der Betankungsinfrastruktur gesammelt. Parallel wurden unter Berücksichtigung der am Markt verfügbaren Brennstoffzellensysteme die für große Radlader relevanten Auslegungsgrundlagen für einen Brennstoffzellenantrieb erarbeitet und für den Einsatz als hoch-transiente Antriebslösung von Bau- und Arbeitsmaschinen anhand der Kriterien Effizienzverhalten, Lebensdauer und Kosten untersucht.

Weitere Informationen unter: https://www.klimafonds.gv.at/projekt/eta-2/

FCTRAC Fuel cell tractor fuelled with biogenic hydrogen

Für PKW und LKW gibt es mittlerweile emissionsfreie Antriebssysteme wie batterieelektrische und Brennstoffzellenmodelle. Doch für Traktoren fehlen noch passende Lösungen, da batterieelektrische Antriebe deren Anforderungen nicht erfüllen können. Das Projekt FCTRAC zielte darauf ab, einen Brennstoffzellentraktor zu entwickeln, der diese Anforderungen erfüllt, indem er ein konventionelles Traktormodell mit einem E-Antriebssystem, einschließlich Brennstoffzelle und Wasserstoffspeicher, ausstattet.

Zusätzlich fehlt es an Infrastruktur für wasserstoffbetriebene Traktoren. Das Projekt strebte daher an, eine lokale Wasserstofferzeugung aus Biomasse zu ermöglichen, beispielsweise durch Wasserstoff-Abtrennung aus Synthesegas von dezentralen Holzgas-BHKWs oder Biogas- und Kläranlagen. Ein flexibles BioH2Modul wurde entwickelt, das an verschiedene Quellen anschließbar ist und eine Tankstelle mit Wasserstoffabtrennung und -reinigung sowie einem Zwischenspeicher umfasst.

Weitere Informationen unter: https://www.klimafonds.gv.at/projekt/fctrac/

MEDUSA – Multi-Megawatt Medium-Voltage Fast Charging

Die Elektrifizierung von Fahrzeugflotten im Schwerlastbereich ist ein wichtiger Baustein, um die Dekarbonisierung des Verkehrs voranzutreiben und die Klimaziele zu erreichen. Dafür braucht es innovative Ansätze, die den Umstieg auf Elektrofahrzeuge für Unternehmen attraktiver gestalten und die technologischen Voraussetzungen für ultraschnelles Laden an speziellen Ladestationen ermöglichen.

Im Projekt MEDUSA entwickeln Forscher:innen des AIT Austrian Institute of Technology in Zusammenarbeit mit den Partnern AVL List, EnerCharge, Infineon Technologies Austria und Xelectrix Power eine Hochleistungsladeinfrastruktur für Schwerfahrzeuge, Busse und LKWs im Multimegawattbereich.

Schnellladestationen für das Mittelspannungsnetz

Das Projekt MEDUSA steht für Multi-Megawatt Medium-Voltage Fast Charging und wird in zwei Teilen durchgeführt: In der ersten Projektphase wurden die speziellen Anforderungen an die Ladeinfrastruktur definiert, die topologische Umsetzung sowie verschiedene Lösungskonzepte erarbeitet und verglichen.

Darauf aufbauend wird in der zweiten Phase des Projekts erstmals in Europa ein groß angelegter Demonstrator für eine Multimegawatt-Schnellladestation entwickelt, die direkt an das Mittelspannungsnetz gekoppelt ist.

„Um einen LKW mit einer Batterie von 1 Megawattstunde innerhalb von 20 Minute zu laden, wird eine Leistung von 3 Megawatt benötigt. Die Bereitstellung dieser hohen Leistung ist für das Verteilnetz eine große Herausforderung. Daher arbeiten wir im Projekt mit ausgewählten Partnern zusammen, die über das technologische Know-how für die Entwicklung einer Multimegawatt-Schnellladestation mit direkter Mittelspannungsnetzanbindung sowie netzstabilisierenden Eigenschaften verfügen.“ erklärt Markus Makoschitz, Projektleiter und Senior Scientist am AIT Center for Energy.

Die neuen Ladesäulen sollen zukünftig sowohl eine Schnellladung mit einer Leistung von 3 Megawatt als auch mehrere Ladungen von 150 bis 350 Kilowatt, das entspricht dem Bedarf rund 10 bis 20 PKWs, ermöglichen. Dies soll vor allem Stehzeiten von Fahrzeugflotten minimieren sowie eine flexible Ladeleistung und damit auch verteiltes Laden in urbanen Gebieten fördern.

Gleichzeitig soll durch die optionale Integration erneuerbarer Energie eine Reduktion der CO2-Emissionen erreicht werden. Das Konzept sieht dazu die Anbindung von Batteriespeichersystemen im Verbund mit Solarstromtechnologie vor.

Zusätzlich soll das System auch als DC-Hub für Gleichstromanwendungen dienen. Damit können auch bereits am Markt verfügbare isolierte und nicht isolierte Niederspannungs-DC-Ladesäulen integriert werden.

Projektpartner: AIT Austrian Institute of Technology GmbH (Projektleitung), AVL List GmbH, EnerCharge GmbH, Infineon Technologies Austria AG und Xelectrix Power GmbH

RESONATE

Der Transport von gekühlten Waren ist weltweit mit einem hohen Energieverbrauch verbunden. Der Einsatz von emissionsfreien Fahrzeugen in diesem wichtigen Segment der Logistikbranche könnte einen bedeutenden Beitrag zur Reduktion der Treibhausgasemissionen leisten.

Am Markt erhältliche batterieelektrisch betriebene Nutzfahrzeuge haben gegenüber konventionellen Fahrzeugen heute allerdings noch einige Nachteile. Dazu zählen die geringere Reichweite, die reduzierte maximale Zuladung sowie die hohen Anschaffungskosten.

Ein Projektkonsortium1 (Projektkoordination PBX GmbH) entwickelte mit Hilfe digitaler Zwillinge ein Planungswerkzeug, das Unternehmen beim Umstieg auf E-Fahrzeuge und im zukünftigen Betrieb von emissionsfreien Fahrzeugflotten unterstützen wird. Die intelligente, anwendungsorientierte Lösung soll mit bereits heute verfügbaren E-Nutzfahrzeugen einen effizienten und wirtschaftlichen Betrieb ermöglichen. Damit können Flottenbetreiber den emissionsfreien Transport von gekühlten Waren einfach planen und zeitnah realisieren.

Benutzerfreundliche Lösung

Die Anforderungen an das intelligente Tool wurden in enger Abstimmung mit zukünftigen Nutzer:innen erhoben. Wichtige Fragen sind u. a.:

  • Wie kann Nullemission bei gleichbleibender Logistikperformance und -kosten realisiert werden?
  • Wie ist die Overall Equipment Effectiveness (OEE) des batterieelektrisch betriebenen, gekühlten Nutzfahrzeugs planbar und erreichbar?
  • Können alle Lieferaufgaben mit der batterieelektrischen Flotte erfüllt werden?

Um den wirtschaftlichen Einsatz von E-Fahrzeugen planen zu können, ist ein hohes Maß an Verständnis der Eigenschaften und Grenzen des Fahrzeugs, der Kälteanlage und der Auswirkungen auf den Logistikprozess notwendig. Die im Rahmen des Projekts entwickelte Softwarelösung macht die komplexen Zusammenhänge des Systems verständlich und nachvollziehbar und hilft den Unternehmen im Entscheidungsprozess.

„Unsere digitale Lösung wird nachweislich dazu beitragen, Ängste und Bedenken bei den Flottenbetreibern auszuräumen und den Umstieg zur E-Mobilität in der temperaturgeführten Distributionslogistik sowie den Betrieb von E-Flotten zu erleichtern“, ist Projektleiter Filip Kitanoski überzeugt.

Intelligente Planung und effizienter Betrieb

Die benutzerfreundliche und kostengünstige Software-as-a-Service (SaaS) verknüpft digitale Zwillinge der größten Energieverbraucher (Fahrzeug, Fahrerkabine sowie Referenzmodelle der Touren) und der Batterie mit effektiven Algorithmen zur OEE-Maximierung.

Im ersten Projektjahr wurden die vier digitalen Energie-Zwillinge entwickelt und mit Parametern für ein erstes Demofahrzeug versehen. In einer Datenbank werden die Modelle der digitalen Zwillinge gespeichert, laufend aktualisiert und an den Routenalgorithmus übermittelt. Anhand von eingegebenen Liefertouren, Gesundheitszustand (State of Health) der teilnehmenden Systeme und aktuellen Wetterbedingungen wird der Energiebedarf errechnet. Die digitale Lösung liefert Kombinationsvorschläge für die optimale Tourenplanung. Dabei wird berechnet, welches System (Fahrzeug und Kälteanlage) welche Abgabestellen und mit welcher Ware ansteuern soll.

Die Energiekosten werden für die jeweiligen Touren für drei Subsysteme modelliert. Es wird jeweils der Energiebedarf zum Betreiben des Kleintransporters (Antriebsstrang), zur Klimatisierung des Fahrgastraums sowie zum Kühlen des Frachtraums angezeigt.

Das Demofahrzeug (ein zweites soll Ende des Jahres dazukommen) liefert Daten aus dem realen Betrieb. Anhand dieser werden die entwickelten digitalen Zwillinge validiert und kontinuierlich kalibriert.

Komfortable Bedienung

Außerdem wurde an der Entwicklung des User Interfaces gearbeitet. Für die Fahrer:innen soll es eine Smartphone-App geben, die Disponent:innen beim Logistikunternehmen werden das System über eine Web-App (Cloud Lösung) oder API-Schnittstellen am PC bedienen. Das Tool wird beide Seiten im Betrieb unterstützen. So werden die Fahrer:innen über die Smartphone-App zu energiesparendem Verhalten motiviert und z. B. daran erinnert,  die Kühlraumtüre so kurz und so wenig wie möglich offen zu halten. Die Disponent:innen erhalten u.a. Vorschläge für die effiziente Steuerung von Tour, Fahrer:innen und Fahrzeug. Im Testbetrieb zeigte sich, dass auch eine Diagnosefunktion für die Disponent:innen möglich wird, über das Abnutzungsverhalten bzw. Fehlverhalten des Gesamtsystems frühzeitig erkannt werden können.

Projektpartner: PBX GmbH (Projektkoordination), AVILOO GmbH (AVI), i-LOG Integrated Logistics GmbH (i-Log), Evolit Consulting GmbH (EVO), Austrian Institute of Technology GmbH (AIT), Virtual Vehicle Research GmbH (ViF)

EMotion

Neues E-Zweirad als grüne Mobilitätsalternative

Ein hochkarätiges Konsortium[1] rund um das AIT Austrian Institute of Technology und KTM E-Technologies arbeitete an der Entwicklung eines neuen Leichtbautyps für kostengünstige, energieeffiziente und komfortable Elektrozweiräder. Diese sollen die Lücke zwischen E-Moped und E-Motorrad schließen.

Kompakte E-Motorräder könnten gerade im Stadtverkehr eine klimafreundliche Alternative zum Auto werden. Allerdings tut sich im Vergleich zum wachsenden Angebot an Elektroautos im Zweiradbereich noch wenig am Markt. Geringe Reichweite, hoher Preis und wenig Fahrvergnügen sind die Argumente, die gegen den Umstieg auf ein E-Motorrad sprechen. Hier setzt das Leuchtturmprojekt EMotion an.

„Wir wollen das Gesamtsystem optimieren, Material, Gewicht und Produktionskosten reduzieren und trotzdem mechanisch optimierte Strukturen sicherstellen“, erklärt Projektleiter Thomas Bäuml vom AIT. „Die Endprodukte sollen leichte, wendige Fahrzeuge sein, die sich sowohl für den Stadtverkehr als auch für Pendler:innen eignen.“

Konkret wurden zwei Fahrzeuge, eines mit einem 4-kW-Motor und eines mit 8 kW entwickelt, die mit den Führerscheinklassen AM, A1 oder B (mit eingetragenem Code 111) gelenkt werden dürfen. Zielgruppen sind jugendliche Einsteiger:innen zwischen 16 und 18 Jahren sowie die Generation 50 plus.

Die Benutzer:innenfreundlichkeit hatte oberste Priorität bei der Fahrzeugentwicklung. Deshalb wurden schon im Vorfeld europaweit potenzielle Kund:innen online nach ihren Erfahrungen und Wünschen befragt. Als wichtigste Anforderungen nannten die Befragten leichte Bedienbarkeit, herausnehmbare Akkus, viel Stauraum und eine gute Leistung für mehr Fahrspaß.

Technische Optimierung
Im ersten Projektjahr stand die technische Entwicklung des Fahrzeugrahmens und des elektrischen Antriebstrangs im Fokus. Bei der Rahmenkonstruktion ging es darum, ein optimales Zusammenspiel von Gewicht, Festigkeit, Sicherheit, Fertigbarkeit und Produktionskosten zu erzielen. Die Wahl fiel auf einen Stahlgitterrohrrahmen mit Elementen aus einer Aluminiumlegierung.

Zum Antriebsstrang zählen sowohl die Batterie als auch der Elektromotor und der On-Board Charger zur Ladung der Batterien im Fahrzeug. Zahlreiche Simulations- und Designschleifen wurden durchlaufen, um eine Maschine mit hohem Wirkungsgrad und hoher Torsionssteifigkeit zu erhalten, die klein und leicht ist, aber dennoch für ein hohes Drehmoment sorgt.

Das Ladegerät soll mit seiner hohen Leistungsdichte eine hohe Ladeleistung bei minimalem Volumen erlauben. Der Akku ist skalierbar und wurde in drei leicht tragbare Module aufgeteilt, die je nach Fahrzeugmodell, Reichweitenbedarf oder Budget bedarfsgerecht ausgewählt werden können.

Hohe Benutzerfreundlichkeit
Im Zuge einer Ergonomiestudie wurden die optimale Sitzposition für die Fahrer:innen und die beste Form und Lage der Batteriepacks ermittelt. Durch die geschickte Anordnung der Komponenten des Antriebstrangs konnte viel Stauraum geschaffen werden. Die Batterie etwa ist ganz unten, mittig platziert, was zudem den Schwerpunkt senkt. Bei beiden Modellen ist die Befestigung von Sidecases möglich, die 8-kW-Version kann auch mit einem Topcase ausgestattet werden. Mit ca. 33 Liter Stauraum bieten die Modelle deutlich mehr Platz als vergleichbare E-Scooter am Markt.

Eco-Design und Eco-Coaching
Mit Hilfe eines Ecodesign-Modells analysierte das Projektteam auch den ökologischen Fußabdruck des Fahrzeugs. Dabei wurde der gesamte Lebenszyklus von der Gewinnung der Materialien über deren Transport, die Verarbeitung und Nutzung bis hin zum Recycling betrachtet. Um die Fahrer:innen intuitiv an das Fahren eines E-Zweirads heranzuführen, wurde ein On-Board Informationssystems gemeinsam mit einer neuartigen Mensch-Maschine-Schnittstelle und einem Eco-Coaching Algorithmus implementiert.

Die Zweiräder werden durch Rekuperation Strom zurückgewinnen – und zwar wenn man den Gashebel in die andere Richtung dreht. Über das Display auf dem Armaturenbrett erhalten die Fahrer:innen Feedback, ob sie energiesparend unterwegs sind – oder ob sie ihren Fahrstil noch optimieren und z. B. mehr rekuperieren statt bremsen könnten.

31 Fahrer:innen nahmen an einer Eco-Coaching-Studie teil. Es zeigte sich, dass das Coaching-System weitgehend akzeptiert und verstanden wird und zu einer deutlichen Verringerung des Energiebedarfs und einer 10%-igen Reichweitenerhöhung führt.

Prototyp und Testbetrieb
Bei KTM wurde der erste fahrfähige Prototyp fertiggestellt. Ein speziell ausgebildeter Testfahrer wird damit 5.000 km zurücklegen.

Das 8-kW-Zweirad soll rund 95 km/h Spitzengeschwindigkeit und eine ungefähre Reichweite von 90 Kilometer erzielen, die kleinere Version ist auf 45 km/h beschränkt und auf ungefähr 70 Kilometer Reichweite ausgelegt.

Thomas Bäuml ist überzeugt, dass die neuen Fahrzeuge schon bald auf Österreichs Strassen unterwegs sein werden: „Die geballte Innovationskraft des EMotion-Konsortiums stimmt mich sehr zuversichtlich, dass unsere Mobilitätslösung bereits in wenigen Jahren ein integraler Bestandteil des Verkehrssystems sein wird“, so resümiert der Projektleiter.

Zur Projektwebseite: www.emotion-project.at

[1] Projektpartner: AIT Austrian Institute of Technology (Projektleitung), KTM Technologies GmbH, KTM Forschungs- und Entwicklungs GmbH, KISKA GmbH, WIVW GmbH, Salzburg Research Forschungsgesellschaft mbH, FH OÖ Forschungs und Entwicklungs GmbH, NUMERICA GmbH & Co KG, TU Graz/BST, Daxner & Merl GmbH, Kobleder GmbH

 

microHUB+

Energieeffiziente und emissionsfreie Warenzustellung

Im Projekt microHUB+ entwickelten Expert:innen aus verschiedenen Fachrichtungen gesamtheitlich gedachte, energieeffiziente und emissionsfreie Lösungen für die Paketzustellung auf der letzten Meile.

Zustelldienste verzeichnen seit Jahren durch den Online-Handel und zuletzt durch die Corona-Krise ein rasantes Wachstum. Verteilung, Zustellung und Abholung von Paketen führen vor allem in den Städten zu einem hohen, zusätzlichen Verkehrsaufkommen. Speziell für die „letzte Meile“, d. h. die Auslieferung der bestellten Waren an die Empfänger:innen, werden daher nachhaltige, klimaneutrale Logistik-Lösungen benötigt.

Die Sendungen umfassen nicht mehr nur „klassische“ Pakete. Auch Pharma- und Drogerieprodukte und frische Lebensmittel, die eine spezielle Lagerung und Kühlung brauchen, machen einen erheblichen Teil des Warenaufkommens aus.

Das microHub-Projektteam [1] erarbeitete dabei innovative Lösungen für die Verteilung der Waren von kleineren, regionalen Paketzentren, den sogenannten microHubs+, bis zu den Endkund:innen. Ziel ist es, Logistikunternehmen in der Entwicklung nachhaltiger City-Logistiklösungen für die letzte Meile zu unterstützen und den Einsatz von Elektro-Fahrzeugen in diesem Bereich zu forcieren.

Energieautarkie und Null-Emissions-Logistik

Die zentrale Idee war die Verschmelzung verschiedener technologischer Innovationen zu einem neuartigen, skalierbaren und modularen Warenverteilkonzept, dem microHub+.

„E-Fahrzeuge allein reichen nicht – nur eine gesamtheitlich gedachte Lösung wird eine energieeffiziente und emissionsfreie Warenverteilung ermöglichen“, erklärt Andreas Krawinkler von Consistix GmbH, der das Projekt leitet.

Je nach Fahrtanforderungen, Größe und Lage des Hubs wurden unterschiedliche Komponenten zur Lagerinfrastruktur kombiniert:

  • Erzeugung erneuerbarer Energie
  • Stromspeicherung
  • nachhaltige energieeffiziente Kühlsysteme
  • intelligente Ladeinfrastruktur
  • digitaler Marktplatz

Die neuen Hub-Konzepte schaffen die Basis für optimierte Zustellstrategien und helfen, den komplexen Anforderungen im Pakettransport gerecht zu werden. Die Verteilung auf der letzten Meile und die Kombination von E-Fahrzeugen und Kühlung erfordern ein perfektes, synchronisiertes Zusammenspiel verschiedener Akteure und Parameter, um effizient, zuverlässig und wirtschaftlich zu sein.

Schlüsselstelle ist eine logistische Infrastruktur, die geographisch nahe bei den Kund:innen liegt – die sogenannten microHubs+. Im Projekt wurden für diese drei unterschiedliche Profile (City-Hub, Medio-Hub und Micro-Hub) erarbeitet, die sich in Größe, Zustellmodalität, Einsatz und Anwendungsgebiet unterscheiden. Dabei können unterschiedliche Last-Mile-Zustellprozesse wie Pick-Up, Cargo-Bike-Zustellung oder e-Van-Zustellung – auch teilweise kombiniert – eingesetzt werden.

„microHUB+ versteht sich als „Werkzeugkiste“ mit vielen kleinen Bausteinen für die Zusammenstellung einer spezifisch zugeschnittenen, optimalen Lösung“, erklärt der Projektleiter.

Jedes Hub-Profil sollte einen möglichst hohen Autarkiegrad erzielen, um die Energie dort zu bündeln, wo sie benötigt wird. Ein wesentlicher Teil der Energie für Zustellung und Betrieb des Hubs sollten somit direkt am Standort produziert, gespeichert und verwendet werden. Das Konzept legte damit die Basis für eine hocheffiziente Null-Emissions-Logistiklösung.

Use Cases lieferten erste Ergebnisse

Die bisherigen Arbeiten zeigten bereits, dass eine leistbare, zuverlässige und nachhaltige Logistiklösung für viele Anwendungsfälle im Bereich der „letzten Meile“ umsetzbar ist. Hindernisse für eine stadtnahe und nachhaltige Zustellung können damit minimiert und der Einsatz von elektrifizierten Gütertransporten unterstützt werden. Die Ergebnisse und Use-Cases wurden in einem modularen Konfigurator gebündelt.

Im Zuge der Projektarbeiten zeigten sich noch zusätzliche Vorteile und Optionen der neuartigen Verteilzentren:

Einbindung von e-Bike-Sharing:

Ist ein Verteil-Hub in einer verkehrsberuhigten Zone positioniert, muss der Fahrzeugverkehr, gerade mit Transportern, reduziert werden. An diesen Stationen könnten lastentaugliche e-Bikes für die Abholung durch den Empfänger verliehen werden.

Community-Grid:

Da am Wochenende keine Lieferfahrzeuge fahren, müssen diese auch nicht geladen werden. Der weiter produzierte Überschussstrom könnte in dieser Zeit von anderen Verbrauchern (z. B. Gewerbebetriebe oder private Haushalten) in der Nachbarschaft genutzt werden.

Black-Out-Schutz:

Für temperatursensible Produkte, wie z. B. aus dem Pharmabereich, sind Vorkehrungen für Ausfälle bei der Kühlung gefragt. Die eigene Energieversorgung und -speicherung in den Hubs bietet hier die erforderlichen Sicherheitsreserven.

[1] Projektpartner: Consistix GmbH (Projektleitung), Johannes Kepler Universität Linz, neoom group holding GmbH,PRODUCTBLOKS GmbH, FEN Research GmbH, HP Projektentwicklung Pöcklhofer

 

MADELAINE – Innovative E-Ladetechnologie für flexibel verteilbare Ladeleistung

Eine neuartige Ladetechnologie, die im Projekt MADELAINE (AIT Austrian Institute of Technology, WEB Windenergie AG und ENIO GmbH) entwickelt wurde, ermöglicht es, mehrere Ladeplätze für E-Fahrzeuge von wenigen, vernetzten Invertern bedarfsgerecht mit der gewünschten Ladeleistung zu versorgen.

Wer batteriebetrieben unterwegs ist, braucht die entsprechende Infrastruktur, damit er sein Elektro-Auto zuverlässig und bequem aufladen kann. Neben einem gut ausgebauten Netz an Ladestationen werden nutzerfreundliche Technologien für einen einfachen Betrieb benötigt. Optimale Lösungen für das bedarfsgerechte Aufladen von E-Fahrzeugen sind entscheidend für die breite Umsetzung der Elektromobilität.

Aktuell wird an Gleichstrom-E-Ladestationen jeder einzelne Stellplatz über einen eigenen Inverter versorgt, der den Wechselstrom (AC) aus dem Netz in Gleichstrom (DC) umwandelt. Teilweise kann eine Ladesäule auch von zwei Fahrzeugen gleichzeitig genutzt werden. Das Projekt MADELAINE basiert auf der Idee einer verteilten DC-Ladeinfrastruktur. Grundsätzlich sind dabei alle verwendeten Inverter AC-seitig mit dem Verteilnetz gekoppelt. Auf der DC-Seite sind die Inverter an ein eigenes Gleichstromnetz angeschlossen. Mit Hilfe eines zentralen Schaltnetzwerks wird die Ladeleistung über dieses Netz flexibel verteilt. So kann prinzipiell jeder Stellplatz von jedem Inverter aus versorgt werden.

Bedarfsgerechte Ladeleistung

Die Kopplung der Inverter sowie die Nutzung von mehreren Invertern im Parallelbetrieb bieten viele Vorteile. So kann zum Beispiel die Ladeleistung auf einzelnen Stellplätzen temporär deutlich angehoben werden, um damit Schnellladungen zu ermöglichen.  Mischszenarien in denen einzelne E-Fahrzeuge mit mehreren Invertern geladen werden und mehrere andere mit einzelnen sind ebenso denkbar. Ziel ist es, die jeweils benötigte Ladeleistung flexibel und dem Bedarf angepasst zur Verfügung zu stellen.

„MADELAINE setzte am Kern des Ladesystems an. Jedes E-Fahrzeug stellt unterschiedliche Anforderungen an den Ladeplatz und die Ladeleistung – mit unserer neuen DC-Ladetechnologie steht in Zukunft an jedem Stellplatz die gewünschte Leistung zur Verfügung“, erklärt Projektleiter Felix Lehfuss vom AIT, Center of Energy.

Testbetrieb am Standort der WEB Windenergie AG

Im ersten Projektjahr wurde die genaue Netzarchitektur und die damit verbundene Verschaltung entwickelt. Auch das optimale Verhältnis zwischen der Anzahl an Invertern und Stellplätzen wurde analysiert. Anschließend wurde eine Demonstrationsanlage mit 5 Invertern und insgesamt 10 Ladepunkten am Gelände der WEB errichtet. Die Plangröße für die Inverter zielte auf eine DC-Ausgangsleistung von 10 kW. Durch die Parallelisierung von 5 Invertern können also bis zu 50 kW auf einem einzelnen Stellplatz bereitgestellt werden. Im Rahmen des Demobetriebs lag der Fokus auf Lastmanagement und Eigenbedarfsoptimierung am Standort.

Die eingesetzte Inverter-Technologie erlaubt darüber hinaus auch einen bi-direktionalen Leistungsfluss. Damit besteht die Möglichkeit, netzunterstützende Vehicle-to-Grid-Technologien und Services sowie die Ladesteuerung basierend auf Preissignalen in zukünftige Umsetzungskonzepte zu integrieren.

Komfortables Nutzer:innen-Portal

Die Firma ENIO brachte als Projektpartner wertvolles Know-how zum Thema Managementsysteme für E-Ladestationen ein. Ziel war es, ein User-Interface (z. B. eine Handy-App) zu entwickeln, über das die Benutzer:innen ihre Ladewünsche und -bedürfnisse direkt eingeben können. Die verfügbare Leistung aller Inverter wurde dann über das System automatisiert und bedarfsgerecht auf die Stellplätze am Standort verteilt.

Zukunftsweisendes Konzept

Die neuartige E-Ladetechnologie MADELAINE ist ein modular aufgebautes Konzept und kann sehr einfach und kostengünstig skaliert werden. Es bietet sich für den weltweiten Einsatz auf Parkplätzen, Shoppingcentern, Park & Ride-Stationen etc. an.

Im Bereich der Leistungselektronik werden im Vergleich zu herkömmlichen Ladestationen deutliche Kostensenkungen erzielt, da durch die Vernetzung der Inverter weniger sowie günstigere Komponenten benötigt werden.

Das System zeichnet sich durch seine Flexibilität und die gesteigerte Resilienz aus. Waren bisher E-Ladeplätze oft unterschiedlich hinsichtlich der Ladeleistung ausgestattet, macht MADELAINE jede gewünschte Leistung an allen Stellplätzen verfügbar. Das System ist robust und sicher: Sollte einmal ein Inverter ausfallen, bleiben dennoch alle Ladeplätze in Betrieb.

Projektpartner: AIT Austrian Institute of Technology GmbH (Projektleitung),
WEB Windenergie AG, ENIO GmbH

Ihre Ansprechperson

Portraitfoto
Clemens Gattringer, MSc
Programm-Manager