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TU Berlin

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Anforderungen an den Übergang vom Einzelfahrzeug zur Flotte hinsichtlich verbrauchsoptimierter Simulation im Längsdynamikmodell

In dieser Bachelorarbeit werden die Anforderungen an den Übergang vom Einzelfahrzeug zur Flotte geklärt. Mittels MATLAB/Simulink wurden Optimierungsrechnungen entwickelt, die das Elektrifizierungspotential gewerblicher Flotten aufzeigen.

Ein Überblick über Flotteneigenschaften und deren Unterschiede zum Einzelfahrzeug führen zu den Anforderungen bei der Flottenelektrifizierung. Flotten bieten u.a. homogene Einsatzmuster, die die Einsatzplanung der reichweitenbeschränkten Elektrofahrzeuge erleichtern. Zu klären bleiben bspw. der Aufbau der Ladeinfrastruktur und Auswirkungen der Gewichtszunahme bzw. Volumenreduktion durch die Batterie.

Anhand einer aus sieben Fahrzeugen bestehenden Modellflotte soll das Elektrifizierungspotential einer konventionellen Flotte überprüft werden. Hierzu werden mit Hilfe von MATLAB/Simulink Optimierungsrechnungen entwickelt, mit welchen die optimale E- Fahrzeugzusammensetzung ermittelt werden kann. Es sind zwei Varianten von Optimierungsrechnungen vorgesehen:

  1. 1:1 - Ersetzung der Flottenfahrzeuge
  2. Option zum täglichen Fahrzeugwechsel innerhalb der gewählten Flottenfahrzeuge

Außerdem wird vorausgesetzt, dass die rein elektrisch zurückgelegten Kilometer maximal (Opt.1A, Opt.2A) und die Kosten für einen Zeitraum von 8 Jahren minimal sind.

Eine weitere Optimierungsoption untersucht die Fahrzeugzusammensetzungen bei Minimierung der Kosten und CO2- Emissionen (Opt.1B, Opt.2B).

Tabelle 1: Abkürzungsbezeichnungen für die verschiedenen Optimierungsverfahren
Optimierung 1
Optimierung 2
Max. der rein elektrisch zurückgelegten Strecke
Opt. 1A
Opt. 2A
CO2-Emissionen
Opt. 1B
Opt. 2B

Die zur Verfügung stehenden elektrifizierten Fahrzeuge (Battery Electric Vehicle, Range Extended Electric Vehicle, Plug-in Hybrid Electric Vehicle) entstammen den Kategorien Kleinst-, Klein- und Kompaktwagen. Die benötigten Strom- und Benzinverbräuche, CO2-Emissionen und der Anteil der elektrisch gefahrenen Kilometer werden den Längsdynamikmodellen der TU Berlin entnommen.

Im Vergleich zeigt sich, dass durch den täglichen Fahrzeugtausch (Optimierung 2) deutliche Kosteneinsparungen sowie eine Elektrifizierungsgraderhöhung gegenüber Optimierung 1 erreicht werden können (Tabelle 2).

Tabelle 2: Vergleich der Optimierungsvarianten
Optimierung 1
Optimierung 2
Opt. 1A
Opt. 1B
Opt. 2A
Opt. 2B
Anschaffungskosten [€]
144.355
125.181
134.915
125.328
Gesamtkosten [€]
213.282
182.642
197.680
175.953
Differenz Gesamtkosten [€]
30.640
21.727
Elektrifizierungsgrad [%]
92,70
75,86
93,30
83,52
Differenz Elektrifizierungsgrad [%]
16,84
9,78

Bei Verzicht auf einen Elektrifizierungsgrad über 90% lassen sich durch Option B weiter Kosten einsparen.

Aufgrund von vereinfachten Modellbedingungen müssen unterschiedliche Anpassungen getroffen werden, um die Optimierungsverfahren auf reale Flotten anzuwenden. Außerdem sollte die Einsatzmöglichkeit von Optimierungsvariante 2 geprüft werden. Durch den täglichen Fahrzeugwechsel könnte bei heterogenen Flotten die Erfüllung des Aufgabeprofils möglicherweise nicht gewährleistet werden.

Abbildung 1: Anschaffungskosten von 2014 bis 2025
Lupe

Zuletzt wurden mögliche Änderungen in der Fuhrparkzusammensetzung aufgrund sinkender Batteriepreise untersucht. Im Jahr 2014 besitzen der REEV und PHEV Kleinwagen die geringsten Anschaffungskosten (Abbildung 1). Sie werden in den kommenden Jahren zunehmend vom BEV E-UP und BEV Kleinstwagen abgelöst. Es ist zu erwarten, dass diese Fahrzeuge einen erhöhten Einsatz finden werden.

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