An drei zeitlich unabhängigen Erhebungszeitpunkten im Jahr 2010 und 2011 wurden insgesamt 240 Probanden befragt. Das Geschlechterverhältnis lag bei 41% Frauen und 59% Männern und das Durchschnittsalter betrug 35 Jahre. Insgesamt 36 Personen, also 20% Prozent der Teilnehmer, waren sehbehindert oder blind. Ergänzend zu den Experimenten wurden Geräuschmessungen und Gruppendiskussionen durchgeführt.

Grundsätzlich kann man festhalten, dass E-Fahrzeuge leise sind und somit subjektiv eher weniger schnell auffallen. Daraus ergibt sich eine erhöhte Gefahr für bestimmte Bevölkerungsgruppen. Allerdings zeigt der Vergleich mit modernen Benzinfahrzeugen ein ähnliches Bild. Der Einsatz von künstlichen Lärmquellen in E-Fahrzeugen löst also nicht den Kern des Problems. Langfristig wird es aber zu einem Lerneffekt im Straßenverkehr kommen. Der gezielte Einsatz von elektronischen Warnsystemen, speziell für Sehbehinderte und Blinde, ist allerdings zu empfehlen.

Bei der Befragung wurden qualitative Interviews mit 18 Fuhrparkmanagern durchgeführt. Die Befragung fand über einen zweimonatigen Zeitraum im Jahr 2010 statt. Die Fuhrparkgröße variierte zwischen 64 bis 10.000 User-Choosern, also Dienstwagenfahrern.

Bereits jetzt besteht ein Marktpotenzial von ein bis zwei E-Poolfahrzeugen pro Unternehmen. Fahrzeuge dienen den Unternehmen vorrangig als Aushängeschild und sollen zu einer positiven Imagebildung beitragen. Eine höhere Akzeptanz hängt in erster Linie von den Total Cost of Ownership, also den direkten und indirekten Kosten für die Fahrzeuge ab.

Bei der Befragung wurden 382 Privatpersonen und potenzielle Nutzer von E-Fahrzeugen online befragt. Die Umfrage wurde im Frühjahr 2011 durchgeführt. Das Durchschnittsalter lag bei 34 Jahren und die Geschlechterverteilung der Umfrage lag bei 72% Frauen und 28% Männern. Die Teilnehmer waren höher gebildet als der Bevölkerungsdurchschnitt. In der Stichprobe zeigte sich ein großes Interesse an grünen Technologien und Umweltschutz: 25% der Befragten nutzen Ökostrom, 15% haben schon eine grüne Technologie angeschafft. Zudem sind das Wissen bezüglich grüner Technologien und die Erfahrung mit elektrischen Antrieben hoch.

Die Einstellung gegenüber Elektroautos ist überwiegend positiv. Dennoch würden nur 21% der Teilnehmer ein Elektroauto als Erstwagen kaufen, 32% als Zweitwagen. Der Erwerb eines Elektroautos kommt vor allem für Ältere, Männer und höher Gebildete in Frage. Die wichtigsten Gründe für die Nutzung sind Emissionsvermeidung, Unabhängigkeit vom Öl, Unterstützung des Fortschritts und Umweltschutz. Weniger vorteilhaft wird die Kostenersparnis gesehen. Die größten Hindernisse für die Nutzung sind die begrenzte Reichweite, die lange Ladedauer und die hohen Kosten. Weniger problematisch sind die geringe Maximalgeschwindigkeit und das Vertrauen in die Technologie.

Die begrenzte Reichweite scheint für Alltagsfahrten kein Problem darzustellen. Allerdings gaben 84% der Befragten an, mehrmals pro Jahr eine längere Strecke mit dem Fahrzeug zurückzulegen. Diese Fahrten scheinen die Akzeptanz zu reduzieren. 40% der Teilnehmer besitzen ein Kurzstreckenfahrzeug. Hier wäre die begrenzet Reichweite eines Elektroautos kein Problem. Im Schnitt würden die Befragten 5% mehr für ein Elektroauto ausgeben als für ein vergleichbares Fahrzeug mit Verbrennungsantrieb.

Im Rahmen dieses Arbeitspaketes wurden die aktuellen Normen, Zulassungsrichtlinien und der Stand der Technik bezüglich der elektrischen Sicherheit von Elektrofahrzeugen analysiert, sowie eine strukturelle Risikoanalyse für ein allgemeines Fahrzeugmodel mit elektrischem Antriebsstrang durchgeführt. Basierend auf diesen Analysen wurden in zwei Studien Konzepte erarbeitet, um einerseits die elektrische Sicherheit solcher Fahrzeuge bei Verkehrsunfällen zu verbessern, und andererseits die bestehende Infrastruktur zur Gefahrenabwehr (Feuerwehr und Rettungsdienste) auf die technischen Gegebenheiten vorzubereiten, sowie deren Bedürfnisse in die technische Fortentwicklung der Sicherheit einzuführen.

Im Bezug auf die in den aktuellen Elektrofahrzeugen realisierten Sicherheitssysteme sind diese in vielen Fällen durchaus in der Lage das Hochvoltsystem im Falle eines Crashs abzuschalten. Speziell im Bereich der Crashdetektion kann hier auf die Sensorik der Airbags zur Freischaltung zurückgegriffen werden. Die Risikoanalyse hat allerdings auch gezeigt, dass die Komponenten des Hochvoltbordnetzes – und hierbei im speziellen die Antriebsbatterie – ein hohes Gefahrenpotential aufweisen. Aus diesem Grund sollten die Fahrzeuge so konstruiert sein, dass die Wahrscheinlichkeit für eine Beschädigung des elektrischen Antriebsstrangs so gering wie möglich ist. Die in den Fahrzeugen teilweise eingesetzten Komponenten zur Überwachung des Bordnetzes, wie beispielsweise der Isolationsüberwachung sowie der Pilotlinie aber auch der Kopplung von Crashsensoren mit den Abschaltvorrichtungen für das Antriebssystem sind nötig, um eine maximale Sicherheit für Insassen und Rettungskräfte zu gewährleisten. Das Vorhandensein solcher Systeme sollte somit in die bestehende Zulassungsrichtlinie der EU (ECE-R 100), welche in ihrer aktuellen Fassung die elektrische Sicherheit nur durch ausreichende Isolation fordert, eingearbeitet werden. Desweiteren sollte geprüft werden, ob schon bestehende Richtlinien bzw. Vorgaben aus den amerikanischen SAE J Standards, wie beispielsweise die Forderung der Spannungsfreiheit des Systems 60 Sekunden nach einem Crash, in die europäischen Normen und Richtlinien zu übernehmen.

Bei Rettungseinsätzen infolge eines Verkehrsunfalls mit Elektrofahrzeugen kann sich die eindeutige Identifizierung des Fahrzeugs bzw. des Zustand des Antriebsbordnetzes durch vorgehende Kräfte unter derzeitigen Gegebenheiten problematisch gestalten. Zwar verfügen die meisten aktuellen Elektrofahrzeuge über eine entsprechende Anzeige im Kombiinstrument, welche aber nicht unbedingt einsehbar ist. Desweiteren muss das betroffene Fahrzeug vor dem Einleiten weiterer Maßnahmen zur Rettung oder technischen Hilfeleistung eindeutig als Fahrzeug mit elektrischem Antrieb identifiziert werden, was speziell bei Hybridfahrzeugen, die mit herkömmlichem sowie mit elektrischem Antrieb angeboten werden, problematisch sein kann. Ist das Fahrzeug identifiziert, so können mit Hilfe der Rettungskarte und der fahrzeugspezifischen Deaktivierungsprozedur für das Hochvoltsystem weitere Rettungsschritte geplant und durchgeführt werden. Aufgrund der großen Vielfalt an Fahrzeugen ist allerdings das mitführen von sämtlichen Rettungsdatenblättern etc. nicht praktikabel. Diesbezüglich könnten Lösungen, wie die Identifikation der Fahrzeuge über eine Kennzeichenabfrage sowie Einsatzgeräte zum Erhalt der Rettungskarten und sonstiger fahrzeugspezifischer Daten am Einsatzort, die involvierten Rettungskräfte ausreichend informieren. Auch die Einbindung einer solchen Datenübermittlung in ein sogenanntes eCall-System wäre eine Möglichkeit die Einsatzkräfte vorab zu informieren. Zusätzlich sollten Daten über den Zustand des Antriebsbordnetzes über diese Systeme übertragen werden, um die Sicherheit der Einsatzkräfte zu erhöhen. Bei einer zukünftig steigenden Anzahl von alternativ angetriebenen Fahrzeugen steigt automatisch die Wahrscheinlichkeit, dass diese verunfallen. Aus diesem Grund sollten zum richtigen Zeitpunkt entsprechende Schulungen für die Rettungskräfte durchgeführt werden, um diese hinreichend mit dieser neuen Technologie vertraut zu machen. Zudem können diverse technische Einrichtungen am Fahrzeug das bestehende einsatztaktische Vorgehen enorm erleichtern, wie beispielsweise die Einrichtung einer externen Spannungsanzeige oder gut erreichbare Freischalt- und Sicherungslösungen. Wir setzen uns für eine entsprechende Standardisierung solcher technischen Lösungen ein.

In umfangreichen qualitativen Interviews wurden mit Betreibern von gewerblichen Fahrzeugflotten deren Anforderungen und Erwartungen an die Elektromobilität diskutiert. Die Interviews wurden zwischen September 2009 und Januar 2010 geführt. Die Fuhrparkbetreiber vertreten die Branchen Lieferservices, ambulante Pflegedienste, das Handwerk sowie öffentliche Fuhrparks. Die Größe der Fuhrparks variiert zwischen wenigen einzelnen Fahrzeugen (diese Betriebe stellen die Mehrzahl der befragten Unternehmen dar) und einem Fuhrpark von bis zu 60.000 Fahrzeugen.

Insgesamt stehen auch die gewerblichen Flottenbetreiber der Elektromobilität positiv gegenüber. Gerade wenn „grüne Energie“ zur Batterieladung eingesetzt wird, empfinden die Flottenbetreiber diese Technologie als sinnvoll und zukunftsträchtig.

Auch die Mobilitätsanforderungen der Fuhrparkbetreiber stehen in den meisten Fällen dem Einsatz von Elektrofahrzeugen nicht entgegen. Nur in wenigen Fällen werden von den Nutzern Touren von mehreren Hundert Kilometern gefahren, die mit einem Elektrofahrzeug nicht am Stück zu bewältigen sind. Und nur in Einzelfällen fehlen entsprechende Standzeiten, um die Batterie des Fahrzeugs wieder aufzuladen, bevor die nächste Tour gefahren wird. Auch konkrete Sicherheitsbedenken werden von keinem der Interviewten geäußert. Die Zuverlässigkeit der Fahrzeuge ist für gewerbliche Flottenbetreiber existenziell. Der Knackpunkt, von dem die Akzeptanz der Technologie für diese Nutzergruppen abhängt, ist die wirtschaftliche Gleichwertigkeit der Elektromobilität im Vergleich zu anderen verfügbaren Technologien.

Heute sind daher die interviewten Unternehmen zwar durchweg interessiert an der Elektromobilität und wollen entsprechende Fahrzeuge testen. Langfristig besteht Marktpotenzial für die Fuhrparkbetreiber jedoch erst dann, wenn auch die wirtschaftlichen Erwartungen zufriedenstellend erfüllt werden können. Allerdings sind auch deutliche Unterschiede nach Nutzergruppen und Unternehmensgröße identifizierbar.

Die Maximale Zahlungsbereitschaft für ein Elektroauto beträgt in Köln durchschnittlich 25.500,- Euro. Allerdings variieren die Zahlen stark je nach Stadtbezirk. Die Spanne liegt dabei zwischen 35.000,- Euro und 20.000,- Euro. Die Zahlungsbereitschaft hängt dabei eng mit der Einkommenssituation, dem Alter, sowie dem Bildungsgrad der Probanden zusammen. Interessanter Weise bleibt der Trend einer höheren Zahlungsbereitschaft im Westen Kölns nach Bereinigung dieser Faktoren erkennbar. Insbesondere Personen über 50 Jahren stehen einem Elektroauto positiv gegenüber.

Interessante Ergebnisse lieferte auch die Befragung hinsichtlich der Zahlungsbereitschaft pro zusätzlichem Kilometer Reichweite Bis zum einer Gesamtreichweite von 250km bleibt die Bereitschaft konstant. Erst ab 280 km fallen die Werte deutlich ab. 280 km Reichweite scheint also aus Sicht der Käufer ein Schwellenwert zu sein, ab dem die Reichweite an Bedeutung verliert. Stellt man dem gegenüber die aktuelle Marktsituation mit Fahrzeugen mit einer Reichweite von 150km, könnte man mit einem Sprung um 50km auf 200km Reichweite die Fahrzeuge für ca. 2.000,- Euro mehr anbieten. Bei 250km sind es bereits rund 3800,- Euro, bei 300km bzw. 400km Reichweite mehr sind es schon 5.600,- Euro bzw. 8.300,- Euro.

Aus der Sicht der Fahrzeughersteller heißt das, dass die Preisdifferenz zwischen den aktuellen Marktpreisen und der Zahlungsbereitschaft potenzieller Nutzer von ca. 10.000,- Euro bereits durch geringfügige Verbesserungen der Reichweite reduziert werden kann. Mittelfristig sollte also eine reichweite von 280 km als Vorgabe in der Fahrzeugentwicklung dienen.

Ein ähnliches Bild zeigt sich bei der Ladezeit. Im Bereich zwischen 8 Stunden und 5 Stunden bleibt die Zahlungsbereitschaft pro reduzierter Stunde Konstant. Der Schwellenwert liegt hier bei 4,75 Stunden. Aktuell am Markt erhältlich sind E-Fahrzeuge mit einer Ladezeit von ca. 8 Stunden. Durch eine Verringerung von nur einer Stunde könnte ein um ca. 1.500,- Euro höherer Preis erzielt werden.  Bei zwei Stunden wären es schon 3.000,- Euro und bei vier Stunden Ladezeitverringerung bis zu 5.200,- Euro.

Der Großteil der Bevölkerung möchte sein Elektroauto zuhause an der Steckdose aufladen. Teilweise besteht auch Interesse am Arbeitsplatz eine Lademöglichkeit zu haben oder eine Tankstelle zu nutzen. Öffentliche Ladestationen stehen nicht ganz so hoch im Kurs. Die Mehrzahl der Bevölkerung steht dem eher skeptisch gegenüber. Eine Aufpreisbereitschaft für öffentliche Ladestationen besteht demnach nicht. Auch an einer Schnellladung von Elektroautos besteht kein erhöhtes Interesse. Gerne würden potenzielle Käufer ein Rundum-Sorglos-Paket beim Kauf eines Elektrofahrzeugs erhalten. Hierin sollten neben dem Fahrzeug auch ein Stromvertrag und eine Ladestation enthalten sein.

Gerade im Transportverkehr trifft die E-Mobilität auf ein klar definiertes Anforderungsprofil. Neben der reinen Kostenfrage spielen hier vor allem Reichweiten und Nutzlast eine große Rolle. Der erhöhte Planungsaufwand und die Einschränkungen bezüglich der Reichweite und Nutzlast führen aktuell zu einer eher eingeschränkten Nutzbarkeit im Wirtschaftsverkehr. Allerdings ist der Stadtlieferverkehr ein gutes Einsatzfeld für E-Transporter. Hier können die Schwächen durch begrenzte Liefergebiete und mittlere Lastanforderungen ausgemerzt werden. Dazu kommen die Stärken der batteriebetriebenen Fortbewegung hier voll zur Geltung. Das Stop-and-Go im Stadtverkehr führt zu einem optimierten Verbrauch durch Bremskraftrückgewinnung. So wird auch die Reichweite durch weniger Energieverbrauch erhöht. Insgesamt scheint sich hier ein Einsatzgebiet gefunden zu haben, indem batterieelektrische Fahrzeuge schon jetzt eine wirtschaftlich attraktive Alternative sind.

Bei diesem Praxistest wurde über einen Zeitraum von fünf Wochen die Alltagstauglichkeit im Bereich Straßenreinigung, Papierkorbentleerung und Grünflächenreinigung getestet. Die Aufnahmezeit lag dabei bei ca. 220 Stunden und die reine Fahrtzeit betrug ca. 135 Stunden. In dieser Zeit wurden insgesamt ca. 1700 km zurückgelegt.

Festgestellt wurde, dass die durchschnittliche Fahrstrecke pro Schicht unter der maximalen Reichweite der Fahrzeuge liegt. In den Bereichen Straßenreinigung und Papierkorbentleerung werden alle Anforderungen an die Fahrzeuge erfüllt. Bei der Grünflächenreinigung ist der geräuscharme Motor problematisch, da die E-Fahrzeuge von Mensch und Tier erst spät wahrgenommen werden. Insgesamt kann man sagen, dass die E-Fahrzeuge für städtische Transportaufgaben durch den effizienten und wartungsarmen Antrieb ideal geeignet sind.

In enger Zusammenarbeit mit der Stadt Köln wurden verschiedene Szenarien entwickelt, berechnet und ausgewertet um ein effizientes Standortkonzept für die Einrichtung von Ladestationen zu erhalten. Der Schwerpunkt lag dabei auf der Verbesserung der Emissionswerte im Kölner Stadtgebiet, wobei besonders Brennpunkte mit hoher Belastung im Fokus standen.

Um ein integriertes, bedarfsorientiertes Standortkonzept für die Einrichtung von Ladestationen zu erarbeiten, wurden in enger Zusammenarbeit mit der Stadt Köln und der RheinEnergie AG verschiedene Szenerien entwickelt und bewertet. Hierbei wurden unterschiedliche thematische Schwerpunkte gesetzt.

Ein Schwerpunkt des Standortkonzept stellte der Zugang zu Ladestationen und die Integration des Umweltverbundes in das Ladestationenkonzept dar. Hierbei standen planungsrechtliche Verbindlichkeiten und Fragen der Stadtgestalt, sowie der Mix von Funktionen im Vordergrund. Grundlagen der Szenarien waren hier eine geodätische Analyse der Stadtschichten, ein dezidierter Kriterienkatalog zur Integration in das Stadtgefüge, sowie eine mikroskopische Simulation des Verkehrsflusses auf makroskopischen Verkehrsplanungsmodellen [1].

Untersucht wurde weiterhin eine Integration von Elektromobilität in Carsharing-Konzepte und damit einhergehend eine mögliche Veränderung des Mobilitätsverhaltens der Nutzer.

Nach Ausschluss einiger Standorte konnten im Ergebnis ca. 20 potenzielle Ladestandorte identifiziert werden, die unterschiedliche Zentralitätsstufen im Stadtgefüge aufweisen, an bestehende Nutzungen im Umfeld anknüpfen und an das bestehende ÖPNV-Netz angebunden sind. Diese Stationen wurden darüber hinaus in unterschiedliche Realisierungsstufen eingeordnet, um einen stufenweisen, sukzessiven Ausbau der Ladeinfrastruktur in Köln zu ermöglichen.

Ein weiterer Schwerpunkt lag auf der Verbesserung der Emissionswerte im Kölner Stadtgebiet, wobei besonders Brennpunkte mit hoher Belastung im Fokus standen.
(Hier eventuell Fortsetzung durch Ersteller)



[1] Die mikroskopische Simulation wurde durchgeführt von Transportation Research and Consulting GmbH, Essen (TRC)

Aufgrund langer Batterieladezeiten, die eine Kombination aus Parken und Laden (Park & Charge) sinnvoll machen, sind Parkflächen anzupassen. Daraus resultieren Fragen, wie eine neue Parkinfrastruktur aussehen soll, für wie viele Elektrofahrzeuge Batterielademöglichkeiten bereitgestellt werden sollen und wie diese Infrastruktur insgesamt wirtschaftlich realisiert werden kann.
Unterschiedliche Parkräume (Garage oder Parkplatz) werden von verschiedenen Nachfragergruppen aufgesucht. Abhängig davon sind verschiedene Varianten für die Anpassung der Parkflächen zu entwickeln. Beispielsweise können Einwohner, die über privaten Parkraum verfügen, die Batterieladung an der hauseigenen Steckdose in der Garage vornehmen. Wesentlich aufwändiger und somit auch kostenintensiver ist es, eine Parkinfrastruktur auf öffentlich zugänglichen Parkplätzen zu installieren. Dort sind technisch anspruchsvolle Batterieladestationen, die sowohl Schnell- als auch Normalladungen ermöglichen, aber auch verschiedene Abrechnungskonzepte unterstützen, zur Verfügung zu stellen sowie Faktoren wie Ergonomie und Sicherheit in der Planung der Parkfläche zu berücksichtigen.

Wie viele Parkplätze anteilsmäßig an einer gesamten Parkfläche mit einem Zugang zur Batterieladeinfrastruktur bestückt werden sollen, wurde beispielhaft mit Hilfe eines Simulationsmodells ermittelt.

Sollen Batterieladestationen langfristig wirtschaftlich erfolgreich sein, müssen sich entsprechende Investitionen lohnen. Um Aussagen über die Wirtschaftlichkeit einer Investition in eine Batterieladestation zu treffen, wurde ein einfacher Prototyp zur Kalkulation auf Basis von Verfahren der Investitionsrechnung entwickelt. Mit diesem kann gezeigt werden, dass der wirtschaftliche Betrieb einer Batterieladestationen unter bestimmten Voraussetzungen durchaus möglich ist. Der Grat zwischen einer Gewinn- oder Verlustinvestition scheint jedoch schmal, so dass eine genaue Bedarfsplanung und eine günstige Standortwahl entscheidend sind.

Im Vordergrund dieses Projektschrittes stand die Entwicklung eines realitätsnahen Fahrsimulators für Elektroautos. Dabei war wichtig, den Energieverbrauch, die Belastung einzelner Fahrzeugkomponente, aber auch den CO2-Ausstoß untersuchen zu können.

Die ersten Simulationen zeigten bereits zwei interessante Eigentümlichkeiten von Elektroautos auf. So lässt sich durch den Einsatz von Elektrofahrzeugen der CO2-Ausstoß erheblich reduzieren. Die Belastung lässt sich gegenüber einem Ford Transit mit Dieselmotor bis zu 90% reduzieren. Wobei hier die regenerative Erzeugung der elektrischen Energie, welche eine massive Auswirkung auf die CO2-Bilanz des E-Fahrzeugs hat, zu Grunde gelegt ist. Weiterhin zeigt sich, dass sich die Reichweite der Fahrzeuge im Winter bei Heizungsbetrieb um rund 40% reduzieren kann.

Die spezifischen Lastprofile für einzelne Fahrzeugkomponenten werden aktuell mittels Probandenversuche im Fahrsimulator erhoben. Dazu werden verschiedene Fahrtstrecken im Kölner Stadtgebiet abgebildet und die Bewegungsprofile aufgezeichnet. Mit diesen realitätsnahen Profilen lässt sich u.a. die Wirksamkeit von Doppelschichtkondensatoren als zusätzlicher Energiespeicher  zum Batteriesystem untersuchen. Im weiteren Verlauf der Arbeiten werden diese Simulationen mit realer Hardware überprüft.

 

Vergleich der Wirkungsgrade BEV vs. konventionelles Fahrzeug (Lieferfahrzeuge)

In diesem Arbeitspaket wurde auf Grundlage von experimentellen Untersuchungen ein Lebensdauermodell von Lithium-Ionen-Batteriezellen erstellt.



Diese stellen die Grundlage für die Realisierung eines neuen Powermanagementsystems dar. Hierbei handelt es sich um eine Strategie zur regelungstechnischen Beeinflussung der Leistungsbereitstellung und –verteilung im Antrieb. Eine entsprechende Realisierung ist sowohl für eine Einspeicher- (nur eine Li-Ionen-Batterie) als auch für eine Zweispeichertopologie (Li-Ionen-Batterie + Supercaps) möglich.
Die Validierung der entwickelten Methoden und deren Einfluss auf verschiedene Systemeigenschaften (z. B. Effizienz, Alterung, etc.) wurde experimentell an einem erweiterten Hardware-in-the-Loop Prüfstand durchgeführt. Hierbei werden die wesentlichen  Antriebskomponenten (Batterie, weiterer Speicher, Antriebsmotor und Regelungselektronik) mit realen Komponenten ausgeführt, die Berücksichtung konkreter Fahrmanöver erfolgt durch die Kopplung mit einem Lastmotor, der die entsprechenden Fahrprofile als Last auf das realen System aufprägt.