Hin zu einem optimierten System für Elektrofahrzeuge
Die Zukunft mag zwar eindeutig elektrisch sein, doch der Weg dorthin ist nach wie vor von Fragen und Bedenken überschattet. Nehmen wir als Beispiel das Elektrofahrzeug (EV). Obgleich diese Fahrzeuge eine wesentliche Rolle für die Reduzierung der CO2-Emissionen und der Energieabhängigkeit der EU spielen werden, sind die Autofahrerinnen und Autofahrer nach wie vor wegen Themen wie der Reichweite, den langen Ladezeiten und der unzureichenden EV-Ladeinfrastruktur besorgt. Diese Bedenken sollen im Rahmen des Projekts OPEVA(öffnet in neuem Fenster) angegangen werden. Das EU-finanzierte Projekt, an dem 35 Partner aus neun europäischen Ländern(öffnet in neuem Fenster) beteiligt sind, machte es sich zur Aufgabe, Elektrofahrzeuge als eine wirklich zuverlässige und energieeffiziente Wahl für Autofahrerinnen und Autofahrer wie auch Flotten zu etablieren. „Unsere Arbeit bringt die Streckenführung und Batterietechnik von Fahrzeugen voran, da wir über isolierte Lösungen, die einzelnen Zielen gewidmet sind, hinausgehen, und auf integrierte KI-gesteuerte Systeme, die mehreren Zielen gewidmet sind, hinarbeiten, bei denen Energie, Sicherheit und Schutz im Mittelpunkt der Entscheidungsfindung stehen“, erklärt Tom Dizdarevic, Forscher bei Pertimm(öffnet in neuem Fenster), dem koordinierenden Partnerunternehmen des Projekts.
Die Zustellung auf der letzten Meile mit Elektrofahrzeugen optimieren
Eine dieser integrierten Lösungen ist der energiebewusste Streckenführungsdienst KT9. Der Dienst soll die Zustellung auf der letzten Meile mit Elektrofahrzeugen tatsächlich energiebewusst machen, anstatt nur die Entfernung oder die Zeit zu berücksichtigen. „Herkömmliche Streckenführungs-Tools optimieren nur ein einziges Ziel und lassen die Realitäten des Elektrofahrzeugbetriebs außer acht – den Energieverbrauch, die begrenzte Reichweite und das Ladeverhalten“, bemerkt Ahmet Yazici, Professor bei der Projektpartneruniversität ESOGU(öffnet in neuem Fenster). Der Streckenführungsdienst KT9 geht dieses Problem an, indem die Zustellung auf der letzten Meile als ein EV-Streckenführungsproblem mit Zeitfenstern behandelt wird und Fahrzeugmerkmale sowie exogene Daten ausdrücklich Berücksichtigung finden. Dies geschieht mithilfe eines innovativen adaptiven Suchalgorithmus für große Stadtteile, der lokale Suche und simuliertes Annealing kombiniert, um vier Ziele gleichzeitig zu optimieren: Gesamtfahrstrecke, Fahrzeit, Energieverbrauch und Verzögerung. „Die Zustellung auf der letzten Meile ist einer der kostspieligsten, verkehrsreichsten und emissionsintensivsten Abschnitte der Lieferkette“, fügt Yazici hinzu. „Durch die energieeffizientere EV-Streckenführung trägt unsere Lösung direkt zu weniger Reichweitenangst, einer besseren Flottenauslastung und zur Emissionsminderung in den am meisten betroffenen städtischen Umgebungen bei.“
Die EV-Batterieleistung verbessern
Zusätzlich zum Streckenführungsdienst lieferte OPEVA fortschrittliche Algorithmen für das Batteriemanagementsystem (BMS) zur Einschätzung des Batteriealterungszustands und -ladezustands, zur fehlertoleranten Motorsteuerung, zur optischen und drahtlosen Batteriekommunikation sowie zu Cybersicherheits- und Manipulationserkennungsfunktionen. „Zusammen verbessern diese Lösungen die Leistung, Sicherheit und Zuverlässigkeit von EV-Batterien sowie das Vertrauen der Nutzerschaft, während gleichzeitig die nachhaltige Mobilität unterstützt wird“, bemerkt Dino Hrvanovic, leitender Forscher beim Projektpartnerunternehmen ViF(öffnet in neuem Fenster). OPEVA entwickelte zudem eine Zellenmanagementeinheit (CMU), die während des Betriebs eine Impedanzspektroskopie an einzelnen Batteriezellen durchführen kann, einschließlich großer Batteriemodule im industriellen Maßstab. „Ein zentrales Ziel des Projekts war es, die Batterienutzung zu maximieren und Fahrerinnen und Fahrern zuverlässige Informationen zur Restlebensdauer und Reichweite zu liefern“, sagt Roberto Simmarino, Präsident und CEO von Sensichips(öffnet in neuem Fenster). „Unsere CMU bietet erstmals die Möglichkeit zur Durchführung einer Impedanzspektroskopie auf der Ebene einzelner Zellen, während die Batterie in Betrieb ist.“ Zu weiteren wichtigen Ergebnissen zählen Modelle des föderierten und verstärkenden Lernens zur Vorhersage des Batteriealterungszustands auf Flottenebene, ein funktionsfähiges intelligentes 48-V-BMS-Demonstrationssystem sowie eine passive, drahtlose RFID-Sensorkette zur Temperatur- und Belastungsüberwachung.
Von Konzepten zu validierten EV-Systemen
Das OPEVA-Projekt beschränkte sich jedoch nicht auf die Optimierung seiner Komponenten, sondern validierte diese gemeinsam in neun praxisorientierten Demonstrationssystemen. „Dank unseres einzigartigen kooperativen Ansatzes haben wir Forschungskonzepte in funktionierende, praxiserprobte Systeme überführt“, lautet das Fazit von Dizdarevic. Die Projektpartner arbeiten nun daran, den Technologiereifegrad ihrer Lösungen weiter voranzubringen.
