Elektrische Nutzfahrzeuge sind längst mehr als ein Zukunftsthema – sie werden für Logistik, Kommunen und Industrie gerade jetzt zum harten Wettbewerbsfaktor. Im Interview erklärt Dr. Frank Steinert, warum sich die Total Cost of Ownership zugunsten von E-Lkw verschiebt, welche Rolle die passende Ladeinfrastruktur spielt und weshalb das Unterbodenladesystem ein Schlüssel für wirtschaftliches Depot-Laden ist.
Es gibt mehrere Gründe, warum das Thema Elektrifizierung bei Flottenbetreibern derzeit so hoch im Kurs steht. Zum einen sind die regulatorischen Rahmenbedingungen für die Anschaffung von E-Lkw im Moment sehr vorteilhaft – man denke beispielsweise an die Mautbefreiung in Deutschland. Zum anderen sind die Kraftstoffpreise in den vergangenen Monaten und Jahren aufgrund der weltpolitischen Lage so drastisch angestiegen, dass ein Elektrofahrzeug in Bezug auf die Total Cost of Ownership für Logistiker inzwischen sehr attraktiv geworden ist. Hinzu kommt, dass sich in den letzten zwei Jahren am Hersteller-Markt sehr viel bewegt hat. Fahrzeuge, die heute produziert werden, verfügen jetzt über deutlich größere Reichweiten und zudem ist der Wartungsaufwand zurückgegangen – somit rückt das Thema Elektrifizierung nun für die Betreiber endlich in greifbare Nähe. Viele Spediteure haben bereits E-Lkw beschafft und stellen fest, dass der Umstieg zuverlässig funktioniert und man sich über eine Testphase hinaus durchaus vorstellen kann, auch bei den nächsten Fahrzeugen auf elektrisch zu setzen.
Damit sind wir genau an dem Punkt, verstärkt über die Ladeinfrastruktur nachzudenken. Dank der Entwicklungen im Pkw-Bereich ist die öffentliche Infrastruktur inzwischen auch bald bereit dafür, dass E-Lkw unterwegs praktikabel geladen werden können. Wirtschaftlich betrachtet ist jedoch das Depot-Laden von zentraler Bedeutung – und hier bietet das Unterbodenladesystem einen entscheidenden Vorteil: es kann nicht nur sehr hohe Energiemengen übertragen, sondern es kommt vor allem ohne zusätzlichen Platzbedarf auf dem Betriebshof aus, da es so im Boden eingelassen ist, dass man es komplett überfahren kann. Es müssen keine Grundstücke zugekauft werden und das Depot kann aus baulicher Sicht so bleiben wie bisher.
Der Dachpantograph ist ein Ladesystem, das wir vor etwa 15 Jahren für elektrische Stadtbusse entwickelt haben. Dabei stand die Anforderung im Zentrum, das Fahrzeug an den Linienendpunkten möglichst schnell innerhalb der Pausenzeiten der Fahrer für den nächsten Umlauf vollständig nachladen zu können.
Stadtbusse bieten den Vorteil, dass sie alle – unabhängig vom Hersteller – über eine sehr ähnliche Bauart verfügen. Das Dach ist hier der kleinste gemeinsame Nenner, sodass uns klar war, dass unser Ladesystem auf dem Dach montiert werden und automatisch auf Knopfdruck funktionieren muss. Unsere Lösung: Eine Haube mit einem mehrpoligen Kontaktsystem wird wegseitig über dem Bus aufgehängt, der Bus fährt darunter, der Pantograph fährt aus und stellt eine Verbindung mit der Infrastruktur her. Mit diesem Prinzip haben wir ziemlich genau den Nerv der Busbranche getroffen, als das Thema Elektromobilität im ÖPNV gerade Fahrt aufgenommen hatte. Das Ganze haben wir mit dem Prototypenfahrzeug EDDA-Bus in Dresden demonstriert, gefolgt von einem enormen Interesse durch zahlreiche Verkehrsbetriebe und dem entsprechenden Transfer in die Praxis.
Mit der aufgebauten Kompetenz in den Bereichen Kontaktierung und Automatisierung haben wir dann weitere Branchen in den Blick genommen, in denen die Elektrifizierung eine Rolle spielt. Die Vision: das Laden von E-Fahrzeugen sollte so schnell und einfach funktionieren wie ein herkömmlicher Tankvorgang.
Eine Lösung sollte im Idealfall sowohl für Pkw als auch für alle anderen Fahrzeugkategorien funktionieren – insbesondere im Nutzfahrzeugbereich, in dem wir historisch betrachtet zuhause sind. Und da hier der Platzmangel für die Ladeinfrastruktur eine große Herausforderung ist, war uns schon früh bewusst, dass eine Lösung mit seitlichem Stecker nicht in Frage kommt. Somit blieb uns nur die Möglichkeit, von unten zu laden und uns mit all den Herausforderungen auseinander zu setzen, die das mit sich bringt: Wasser, Staub, Laub, aber auch das Gewicht und die korrekte Positionierung des Fahrzeugs. Unseren Forschenden ist es gelungen, eine tragfähige Lösung für alle Randbedingungen beim Unterbodenladen zu finden, sodass wir mit dem System nun an dem Punkt angekommen sind, dass es für den Markt reif ist.
Ein wesentlicher Faktor für den wirtschaftlichen Betrieb sind die Energiekosten, und das effiziente Laden im Depot spielt dabei eine entscheidende Rolle. Hier kann der Betreiber viel günstiger laden als an Autobahnen oder in öffentlichen Ladeparks. Somit ist gerade für den Hub-to-Hub-Verkehr ein System attraktiv, mit dem das Laden auf dem eigenen Hof den Bedarf deckt. Interessant ist das beispielsweise für Anwendungsfälle, in denen Fahrzeuge zwischen verschiedenen Standorten eines Unternehmens pendeln, oder im Verteilerverkehr: Dort absolviert in Fahrzeug mit einer Ladung eine Tagestour und kommt nach Feierabend in den Betriebshof zurück, um nachzuladen.
Unsere zahlreichen Gespräche mit Anwendern haben zudem gezeigt, dass insbesondere der Platzbedarf für die Ladeinfrastruktur eine ganz wichtige Rolle spielt: Jede Ladesäule bedeutet weniger Stellplätze für die Flotte. Im Vergleich zum Neuerwerb von Grundstücken, der insbesondere im urbanen Raum enorm teuer sein kann, ist die Anschaffung der Ladelösung von unten für den Betreiber die günstigere und damit bevorzugte Variante.
Die von uns erreichten kurzen Ladezeiten gehen mit sehr hohen Systemspannungen von bis zu 1250 Volt und hohen Ladeströmen von 2000 Ampere und mehr einher. Sicherheit spielte in der Entwicklung des Kontaktsystems daher eine essenzielle Rolle – sei es beim Berührschutz, der Vermeidung von ungewollten Erwärmungen oder auch der Absicherung der Ladeablaufsteuerung.
Standardisierung ist enorm wichtig, um die sogenannte »Henne-Ei-Problematik« aufzulösen. Damit meinen wir, dass die Fahrzeughersteller eine Technologie nur dann integrieren, wenn auch Ladeinfrastruktur existiert, die kompatibel ist und nachgefragt wird. Zugleich wird eine neue Ladetechnologie nur dann umgesetzt, wenn es am Markt auch Fahrzeuge gibt, die damit laden können. Unser Institut begleitet daher die Entwicklung der Systeme durch aktive Mitarbeit in Standardisierungsgremien und Interessenverbänden auf nationaler und internationaler Ebene.
Fest steht, dass es einen Standard für das Laden von unten geben wird, auf den sich dann sowohl Fahrzeug- als auch Ladeinfrastrukturhersteller beziehen können. Der soll so definiert sein, dass auch sehr hohe Ladeleistungen in der Zukunft mit abgedeckt werden. Mit unserem System, das Ladeleistungen von bis zu 4,5 Megawatt erreicht, sind wir hier auf einem sehr guten Weg, den weltweiten Standard entscheidend mitzugestalten. Unsere Praxispartner profitieren schon heute davon, da sie gemeinsam mit uns das System frühzeitig testen und als Early Adopter die Zukunft des Ladens in der ersten Reihe miterleben zu können.
Überraschend war für uns, wie begeistert die Fahrer von der Technologie waren und wie schnell sie sich in den Umgang mit dem System eingefunden haben. Für das richtige Positionieren des Fahrzeugs hatten wir ein Training geplant, um sicherzustellen, dass die Positionstoleranz der Ladeschnittstelle nicht überschritten wird.
Die Fahrer waren fast schon beleidigt, dass wir das Positionieren des Lkw mit ihnen üben wollten – schon beim ersten Versuch wurde der Lkw von allen Testfahrern an der korrekten Stelle geparkt. Für uns war das natürlich auch ein eindrucksvoller Nachweis dafür, dass unser System so unkompliziert funktioniert wie geplant und keinen teuren Schulungsaufwand erfordert.
Einfacher wird es nicht!
Fraunhofer-Institut für Verkehrs- und Infrastruktursysteme IVI