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Projektbeschreibung

Die weite Verbreitung von Elektrofahrzeugen hin zu einem Massenmarkt ist wesentlich, um die Schadstoff- und Treibhausgasemissionen im Verkehrssektor zu senken. Die Produktion von Fahrzeugbatterien ist jedoch sehr energieintensiv, sodass sich die Vorteile der Elektromobilität bezüglich der CO2-Emissionen erst durch eine lange Nutzungsdauer der Batterien und entsprechend höheren kumulierten Fahrkilometern der Fahrzeuge deutlich bemerkbar machen.

Aufgrund der Alterung der eingesetzten Lithium-Ionen Batterien sinken die Reichweite und die Performance von E-Fahrzeugen über die Lebensdauer. Ein nötiger Austausch der Batterie im Fahrzeug muss jedoch nicht das Ende des Betriebes der Batterie bedeuten, sie kann in einer Zweitanwendung weiter genutzt werden und bei geringerer Leistung noch ausreichend Kapazität zur Verfügung stellen. Über die damit verbundene längere Nutzungsdauer der Batterie verbessert sich folglich die CO2-Bilanz.

Für die Erschließung des Massenmarktes von E-Fahrzeugen ist es entscheidend, nicht nur in Garagen von Einfamilienhäusern Lademöglichkeiten anzubieten, sondern auch für die breite Masse in Mehrfamilienhäusern. Im Projekt wird das Segment Mehrfamilienhäuser adressiert und die entwickelten Lösungen in einem neu errichteten Quartier mit Ein- und Mehrfamilienhäusern in Weinsberg demonstriert. Die aufgebaute Ladeinfrastruktur in den Tiefgaragen soll dabei neben der primären Aufgabe der intelligenten Nachladung der E-Fahrzeuge zusätzlich Flexibilitätsoptionen für das Gebäude-Energiemanagement, z.B. zur Optimierung der Eigenverbrauchsquote einer integrierten PV-Anlage anbieten.

Ferner sind für das Demonstrationsobjekt Car-Sharing Flotten mit E-Fahrzeugen in den Tiefgaragen bzw. auf den zugehörigen Außenparkplätzen geplant. Anhand der Feldtests soll eruiert werden, inwiefern sich Betreiber- und Geschäftsmodelle mit lokalen gebäudeintegrierten Car-Sharing Flotten realisieren lassen. Da diese Fahrzeuge nicht in Privatbesitz sind, können die Batterien nicht nur für das lokale Lastmanagement, sondern auch leichter für die Rückspeisung in das Stromnetz des Gebäudes genutzt werden, um z.B. Lastspitzen zu kappen.

Zentral für die Umsetzung und die weite Verbreitung der entwickelten Systemlösungen ist die Untersuchung der Sicherheit und Zuverlässigkeit, sowie Zertifizierung von Ladestationen mit gealterten Fahrzeugbatterien als Pufferspeicher in Tiefgaragen. Wichtig sind hierbei die Berücksichtigung der Alterung, deren Auswirkung auf die zentralen Faktoren Sicherheit, Zuverlässigkeit und Performance sowie die Bestimmung der Restlebensdauer, um diese Lösungen technisch und ökonomisch sinnvoll zu gestalten.


Projektstruktur und wesentliche Fragestellungen

Charakterisierung, Analyse und modellbasierte RUL (remaining useful life) - Bestimmung für gealterte Fahrzeugbatterien beim Einsatz in gebäudeintegrierten Ladestationen

  • Wie wird der Zustand der in der Erstanwendung gealterten Fahrzeugbatterien bei der Eingangskontrolle bestimmt?
  • Wie kann man diese Eingangskontrolle beschleunigen?
  • Welchen Bedingungen waren die Batterien im Fahrzeug ausgesetzt?
  • Wie stark wurden die Batterien in der Erstanwendung gealtert?
  • Welchen Betriebsbedingungen werden die Batterien in der Zweitanwendung ausgesetzt?
  • Wie altern die Zellen unter neuen Betriebsbedingungen?
  • Welche Betriebsbedingungen sind aus der Sicherheits- und Alterungsgründen in der Zweitanwendung bevorzugt?
  • Welche Prognoseverfahren sind für die Alterungs- und RUL-Vorhersagen geeignet?
  • Werden die Monitoringergebnisse am Ende des Projektes die Vorhersagen bestätigen?

Potentialanalyse zur Mehrfachnutzung von Pufferspeichern und E-Fahrzeugbatterien in Mehrfamilienhäusern mit hohem Anteil an Eigenstromerzeugung

  • Um welchen Prozentsatz kann der Eigenverbrauchsanteil und der Deckungsgrad durch die Nutzung unterschiedlicher Speicherkapazitäten erhöht werden?
  • Wie werden Carsharing-E-Fahrzeuge in einem Mehrfamilienhaus genutzt? Ist eine Einbindung in die Öffentlichkeit möglich?
  • Macht die Rückspeisung von gespeicherter Energie aus Fahrzeugbatterien Sinn? Welche juristischen und technischen Anforderungen müssen dabei berücksichtigt werden?
  • Wie verändern unterschiedliche Ausgangkonzepte und Energiemanagementstrategien das Gesamtsystem?

Untersuchung der Geschäftsmodelle für Ladeinfrastruktur in Mehrfamilienhäusern und lokale Car-Sharing Konzepte

  • Wie agieren die unterschiedlichen Komponenten (Erzeuger, Energiespeicher und Ladeinfrastruktur) miteinander? Welche Auswirkungen haben unterschiedliche Betreibermodelle?
  • Welche Betreibermodelle haben eine hohe soziale Akzeptanz?
  • Wie kann ein Abrechnungsmodell für private Fahrzeuge als auch für Fahrzeuge aus einer Carsharing-Flotte aussehen?
  • Welche Preismodelle für die Carsharing-Nutzung sind attraktiv für den Nutzer und den Betreiber?

Entwicklung von Ladestationen mit integriertem "2nd use" Batteriespeicher für Tiefgaragen

  • Wird die Integrierbarkeit von gebrauchten Batterien in Lade- und Stromspeichersystemen zur Ladung von Elektro - Fahrzeugen und Netzpufferung möglich sein?
  • Wird die Kombination Ladesäule mit Batterie Lastspitzen verhindern?
  • Sind regenative Energien für abendliche und nächtliche Ladevorgänge umfänglicher nutzbar?
  • Ist es auch möglich die Energie der Autobatterie im Gebäude zu nutzen?
  • Was ist bei der Ausführung und Aufstellung in Gebäuden der Wohnungswirtschaft zu berücksichtigen?
  • Wie kann Personen- und Sachwerteschutz gewährleistet werden?

Lademanagement

  • Wie sieht die Architektur des Energiemanagementsystems aus?
  • Welche Energiemanagementhardware wird in der Lage sein, die eingebundenen Geräte zu steuern und deren Kommunikationsschnittstellen zu bedienen?
  • Wie wird die Integration von Anwendungsdiensten und Benutzeroberflächen in Software umgesetzt?
  • Wie werden die Energiemanagement-Algorithmen in der Steuerung umgesetzt?
  • Wie werden die Sicherheitsaspekte im regulären und nicht regulären Betrieb begegnet?
  • Mit welchen Sicherheitsmaßnahmen wird die Kommunikation abgesichert?

Sicherheit, Zuverlässigkeit und Zertifizierung von Ladestationen mit Batteriespeichern in Tiefgaragen von Mehrfamilienhäusern

  • Welche Anforderungen an den Brandschutz ergeben sich durch die Verwendung von 2nd Life Batterien als Energiespeicher?
  • Was sind mögliche Aufstellorte für Batteriespeicher innerhalb von Gebäuden und welche Vor- und Nachteile haben diese?
  • Welche Kriterien sind zur Beurteilung der Sicherheit und Zuverlässigkeit von gealterten Fahrzeugbatterien notwendig?

Demonstrator "Weinsberg"

  • Aufbau, Inbetriebnahme und Betrieb von Energieerzeugern, Energieverbrauchern und Energiespeichern
  • Errichtung des Carsharing-Pavillons und dem angrenzenden Batterieraum
  • Demonstration, Erprobung und Monitoring der Ladestationen mit integrierten Second-Life-Batterien
  • Demonstration und Erprobung von lokalen Carsharing-Konzepten mit E-Fahrzeugen
  • Bewertung des Gesamtkonzeptes unter wirtschaftlichen und technischen Kriterien
  • Inwieweit decken sich die Ergebnisse der Demonstrationsphase mit den Prognosen aus den Modellen und der Simulation?

Projektverlauf