Schlussbericht "BEV Goes eHighway - BEE"

Abstract

Das Projekt "BEV Goes eHighway – BEE" verfolgte das Ziel, ein seriennahes Nachrüstkonzept zu entwickeln, mit dem batterieelektrische Serien-Lkw um eine Pantographenlösung für das dynamische Laden an Oberleitungen erweitert werden können, und dieses Konzept technisch, betrieblich und wirtschaftlich zu validieren. Im Zentrum stand damit nicht nur der prototypische Fahrzeugumbau, sondern die systemische Frage, wie Oberleitungstechnologie in bestehende Fahrzeugplattformen, Betriebsprozesse und zukünftige Standardisierungs- und Zulassungsstrukturen integriert werden kann. In den Entwicklungsarbeiten wurde zunächst eine umfassende fahrzeugseitige Integrationslösung für das Pantographensystem erarbeitet, entwickelt und aufgebaut. Dazu gehörten die mechanische Struktur des Pantographenturms, die Anbindung an den Fahrzeugrahmen, das Pneumatiksystem, die Hochvoltarchitektur, das Isolations- und Sicherheitskonzept sowie die Kommunikations- und Bedienschnittstellen. Ein wesentliches Ergebnis war die Entwicklung eines gewichtsoptimierten Turmkonzepts mit Hilfsrahmen und Hutprofilstruktur, das im Vergleich zu früheren Lösungen eine deutliche Gewichtsreduktion ermöglichte und zugleich montage- und fertigungsgerecht ausgelegt wurde. Parallel dazu wurde eine sichere und modular aufgebaute Hochvoltarchitektur mit Vehicle Infeed Circuit, galvanisch getrenntem DCDC-Wandler und ePTO-Schnittstelle umgesetzt, die eine kontrollierte Leistungsübertragung vom Pantographensystem in das Fahrzeug ermöglicht. Ergänzt wurde dies durch ein visuelles HMI-Konzept für die sichere Bedienung sowie durch einen Zulassungsansatz, der sich an bestehenden Aufbauprozessen orientiert und perspektivisch in ein standardisierbares Verfahren überführt werden kann. Beide Versuchsfahrzeuge wurden anschließend mit dem entwickelten System nachgerüstet, zugelassen und im Realbetrieb eingesetzt. Eines der Fahrzeuge erhielt zusätzliche Hochvolt-Leistungsmesstechnik, Datenlogger, GPS sowie CAN-basierte Erfassung interner Fahrzeugsignale. Dadurch konnten Leistungsflüsse zwischen Batterien, Umrichtern und Pantographensystem detailliert aufgezeichnet werden. Zusätzlich wurde ein kamerabasiertes Spurhaltesupportsystem entwickelt, das mit Hilfe neuronaler Netze die Position des Fahrzeugs innerhalb der Fahrspur und relativ zur Oberleitung bestimmt. Insgesamt wurden im Projekt knapp 10.000 km mit den beiden Fahrzeugen gefahren, davon über 1.000 km mit aktiver Oberleitungsnutzung. Die Tests fanden auf allen deutschen Oberleitungs-Testfeldern statt, darunter Groß Dölln, FESH, eWayBW und ELISA. Dabei wurden unterschiedliche Lastzustände, Fahrmanöver und Umweltbedingungen untersucht. Ergänzend wurden Vergleichsfahrten mit einem baugleichen Diesel-Lkw durchgeführt, um Energiebedarf und Betriebskosten gegenüberzustellen. Aufbauend auf diesen technischen Ergebnissen wurden in weiteren Arbeitspaketen die betriebliche Einbindung und das wirtschaftliche Potenzial der Technologie untersucht. Dazu wurde eine TCO-Berechnungsumgebung entwickelt, mit der Diesel-, BEV- und O-BEV-Konzepte unter identischen Randbedingungen verglichen werden können. Neben der Einzelbetrachtung von Fahrzeugen wurden auch Flotten- und Routenplanungsmodelle entwickelt, die O-BEVs in bestehende Logistikprozesse integrieren und im untersuchten Szenario TCO-Vorteile von etwa 15 Prozent gegenüber einer Dieselreferenz aufzeigen. Ein wesentliches Ergebnis des Projekts ist schließlich die Standardisierungsperspektive. Im Rahmen der Schnittstellenanalyse wurden mechanische, pneumatische, elektrische und kommunikative Schnittstellen systematisch untersucht, dokumentiert und in einen Normvorschlag überführt. Ziel ist eine "eHighway Ready"-Schnittstelle, mit der Serienfahrzeuge künftig standardisiert durch dedizierte Aufbautenhersteller um ein Pantographensystem ergänzt werden können.