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• Der E-Car Communication Manager sorgt dafür, dass Stromerzeuger, die Fahrer der Elektrofahrzeuge und die E-Cars selbst intelligent zusammenarbeiten.© IIS
  
• Der E-Car Communication Manager sorgt dafür, dass Stromerzeuger, die Fahrer der Elektrofahrzeuge und die E-Cars selbst intelligent zusammenarbeiten.© IIS
  

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Marktreife2012

Geht die Energie im Tank gegen Null, lässt sie sich beim Elektrofahrzeug nicht einfach schnell nachtanken, wie bei einem Benziner. Das Nachladen der Batterien braucht erheblich mehr Zeit und soll die E-Mobility umweltfreundlich sein, muss dafür auch genug grüner Strom verfügbar sein. Ein „E-Car Communication Manager“ könnte künftig dafür sorgen, dass die Elektromobilität dennoch zuverlässig in Fahrt kommt. Das Gerät tauscht sich mit dem E-Car, seinem Fahrer und den Stromversorgern aus und sorgt für mehr Planbarkeit bei der Bereitstellung von ökologisch erzeugtem Strom.

Tank leer? Einfach schnell nachgetankt. Tankmöglichkeiten für Benzin oder Diesel sind fast überall schnell erreichbar, selbst am Wochenende oder spät nachts. Elektrofahrzeuge dagegen lassen sich nicht so kurzfristig wieder flott machen. Selbst dann nicht, wenn in den kommenden Jahren das derzeit noch spärliche Netz an Ladesäulen flächendeckend in ganz Deutschland ausgebaut sein wird. Geht unterwegs auf der Fahrt der Energiesprit aus, ist eine längere Zwangspause unvermeidbar, bis wieder genug Strom für die Weiterfahrt in den Akkus ist. Ein umsichtiges Organisieren von Fahrtwünschen und Ladezyklen ist allein aus diesem Grund entscheidend. Aber noch ein Argument spricht für ein möglichst vorausschauendes Planen von E-Fahrten: Eines der Hauptziele beim Einstieg in die Elektromobilität ist der Klimaschutz. Werden Elektrofahrzeuge ausschließlich mit Strom aus erneuerbaren Quellen wie Photovoltaik oder Windenergie betankt, geht der für ihren Betrieb erforderliche CO2-Ausstoss gegen Null. Diesen Trumpf können die E-Cars allerdings nur dann ausspielen, wenn Sonne, Wind oder andere erneuerbare Energiequellen den Strom dafür liefern können. Derzeit jedoch nutzen Elektromobile in der Regel noch immer den klassischen Energiemix aus konventioneller und ökologischer Erzeugung. Die Agentur für Erneuerbare Energien hat errechnet, dass E-Cars damit einen CO2-Ausstoß von 107 Gramm pro Kilometer erzeugen – und damit kaum klimaschonender fahren als viele ihrer benzinbetriebenen Kollegen.

Um die künftige Elektroflotte der Deutschen sinnvoll zu betanken und den individuellen Mobilitätsbedarf ohne Komforteinbußen zu decken, müssen Stromerzeuger, die Fahrer der Elektrofahrzeuge und die E-Cars selbst intelligent zusammenarbeiten. Die entscheidende, koordinierende Rolle übernimmt dabei der im Rahmen der Fraunhofer Systemforschung Elektromobilität am Fraunhofer IIS entwickelte E-Car Communication Manager (ECM). Der ECM ist ein kompaktes Steuergerät, das sich günstig produzieren lässt und so gestaltet wurde, dass es möglichst energiesparend arbeitet. Es wird in das jeweilige E-Car eingebaut und über eine CAN Bus-Verbindung an das Bordnetz des Fahrzeugs gekoppelt. Damit stehen dem Communication Manager neben Informationen zum Ladezustand der Batterien weitere wichtige Fahrzeugdaten zu Verfügung. Dazu zählt vor allem der (je nach Fahrer und Fahrverhalten unterschiedliche) tatsächliche Stromverbrauch des Fahrzeugs. Um im ECM ein individuelles Nutzerprofil zu hinterlegen und die aktuellen Mobilitätswünsche einzugeben, steht dem Fahrer eine spezielle ECM-Benutzeroberfläche auf seinem Smartphone zur Verfügung. Das Steuergerät weiß damit beispielsweise, wann und auf welchen Strecken das Elektrofahrzeug zum Einsatz kommen soll. Die regelmäßige Fahrt zur Arbeit und zurück wird ebenso im Kalender des Systems gespeichert wie einmalige Wege etwa zum Einkaufen oder der geplante Wochenendausflug. Mit diesen Informationen kann der ECM sicherstellen, dass das Fahrzeug in der Garage oder an einer Ladesäule rechtzeitig und ausreichend mit Energie versorgt wird. Wird bei längeren Fahrten ein Nachladen erforderlich, informiert das System den Fahrer vorab darüber, dass am Fahrtziel ein Parkplatz mit Lademöglichkeit angesteuert werden muss.

Intelligente Ladekabel, über die die neuen Modelle der Fahrzeughersteller weitgehend standardmäßig verfügen, ermöglichen zusätzlich die Kommunikation mit dem Stromlieferanten an privaten und öffentlichen Ladesäulen. Sobald ein E-Car an das Stromnetz angesteckt wird, nutzt der Communication Manager diese Datenverbindung für die Anmeldung beim jeweiligen Energielieferanten und die Steuerung des Ladevorgangs. Das Steuergerät im Fahrzeug fungiert auch als Stromzähler im intelligenten Stromnetz, dem sogenannten Smart Grid. Für den Aufbau neuer Lademöglichkeiten bringt dies eine wesentliche Erleichterung. Denn die Ladesäulen selbst müssen nicht wie bisher mit eigener Messtechnik ausgerüstet werden. Vielmehr genügt eine einfache Steckdose für das Ladekabel. Die Abrechnungsdaten des Ladevorgangs werden vom Steuergerät im Auto erfasst und an den Stromlieferanten übermittelt. So wäre es mit vergleichsweise geringem Aufwand zum Beispiel möglich, innerhalb von Städten Lademöglichkeiten für E-Cars in den Masten der Straßenbeleuchtung zu integrieren.

Eine der wichtigsten Aufgaben des E-Car Communication Manager ist es, die Ladevorgänge der Elektrofahrzeuge so zu steuern, dass die von der Elektromobilität erhofften Klimaschutzeffekte möglichst umfassend erfüllt werden. Da das individuelle Steuergerät im Auto weiß, welche Mobilitätswünsche der Fahrer hat, kann es nun mit dem Stromlieferanten „verhandeln“ wann und ob regenerativ erzeugter Strom im Netz vorhanden ist. Der Ladevorgang lässt sich so gezielt dann starten, wenn die witterungsabhängigen Photovoltaik- oder Windkraftwerke ausreichend Strom erzeugen. Gleichzeitig kann der ECM aber sicherstellen, dass die Batterien für die geplanten Fahrten auf jeden Fall ausreichend gefüllt sind. Bleibt der Energiefluss aus erneuerbarer Erzeugung aus, wird der erforderliche Ladebedarf notfalls automatisch mit einem herkömmlichen Energiemix gedeckt. Für die Energieversorger hat die Kommunikation mit den ECM-Systemen jedes einzelnen – am Netz hängenden –Elektrofahrzeuges zudem den Vorteil, dass sie exakter kalkulieren können, in welchem Zeitraum welche Strommenge von den Fahrzeugen getankt werden möchte beziehungsweise muss. Das Problem der Volatilität der Stromerzeugung aus erneuerbaren Energiequellen wird damit besser beherrschbar. Zusätzlich könnte der Einbau des ECM-Systems als Standardausstattung künftiger E-Cars auch die Voraussetzungen dafür schaffen, die Elektroflotte nicht nur als Stromabnehmer, sondern auch als Kurzzeitspeicher für Erneuerbare Energien zu nutzen. Dazu werden bei einem Überschuss an umweltfreundlicher Energie die Akkus der Fahrzeuge voll geladen und bei Strommangel im Netz wieder aus den Akkus zurück ins Netz gespeist. Der ECM in jedem Auto stellt dabei sicher, dass nur so viel Energie aus den Akkus wieder entnommen wird, dass dennoch die Mobilität des E-Car-Besitzers gesichert bleibt.

Mit den Informationen des E-Car Communication Managers lassen sich auch mögliche lokale Netzüberlastungen rechtzeitig verhindern. Ist etwa ein Tourismusort in der Hochsaison das Ausflugsziel vieler E-Car-Besitzer, könnte das örtliche Stromnetz schlicht überfordert sein, wenn alle morgens eintreffenden E-Cars gleichzeitig zum Wiederaufladen angeschlossen werden. Über den Datenaustausch mit den ECM-Systemen kann der Netzbetreiber bereits beim Anschließen an die Ladesäulen erfahren, wann die für die einzelnen Fahrzeuge die Rückfahrt geplant ist und welche Strommenge dafür in den Akkus fehlt. Die individuelle Ladezeit jedes einzelnen Fahrzeugs lässt sich damit nach der Priorität der Ladeaufträge gezielt zeitlich staffeln.