Spannung bis zum letzten Kilometer: Tourenoptimierung für E-Nutzfahrzeuge

Der Batteriespeicher ist so gut wie leer, die Tagesroute aber noch längst nicht beendet – dieses Szenario dürfte wohl jedem Disponenten den Angstschweiß auf die Stirn treiben. Verschiedene Erhebungen zeigen: Aufgrund fehlender Erfahrungswerte erfolgt die Tourenplanung bei E-Mobility-Einsätzen im Transportgewerbe bisher häufig mit hohen Sicherheitsreserven. Flottenversuche im vorherigen Forschungsprojekt ELMO des Fraunhofer-Instituts für Materialfluss und Logistik IML zeigten beispielsweise, dass unnötigerweise hohe Reichweitenpuffer einkalkuliert werden. Somit wird die vorhandene Batteriekapazität nur in etwa 70 bis 80 Prozent der Touren ausgenutzt.

Hinzu kommt, dass bisher kaum Erfahrungswerte für schwere elektromobile Nutzfahrzeuge im Realeinsatz vorliegen. Auch die heute üblichen Planungstools für Logistikunternehmen schaffen kaum Abhilfe, da sie bei der Berechnung des Energieverbrauchs Nebenverbraucher wie Heizung, Kühlung oder Hebewerke ebenso wenig ausreichend berücksichtigen können wie den Einfluss der stark schwankenden Zuladung. „Im Moment hat es noch sehr viel mit Ausprobieren zu tun, es gibt auch keine wissenschaftlich fundierten Untersuchungen zu einer optimierten Tourenplanung“, schildert Dipl.-Ing. Arnd Bernsmann von der Abteilung Verkehrslogistik des Fraunhofer IML.

Im ungünstigen Fall führt eine übervorsichtige Tourenplanung aber dazu, dass ökologische und wirtschaftliche Vorteile der Elektrifizierung nicht ausgeschöpft werden. Die Fahrzeugkosten steigen mit einer höheren Akkukapazität enorm an und die Nutzlast nimmt ab. Umso wichtiger ist es, die Batterie schon in der Planung optimal für das eigene Anforderungsprofil zu bemessen. Sonst lassen sich Ziele hinsichtlich des Return on Invest kaum erreichen. „Beim Diesel ist es im Grunde gleichgültig, ob man einen 700- oder einen 1.000-Liter-Tank montiert. Beim E-Nutzfahrzeug dagegen hat die Batterie mit ihren Kosten enorme Auswirkungen“, gibt Bernsmann zu bedenken. „Wer sich da verplant, riskiert von vornherein eine Fehlinvestition – das ist eine enorme Herausforderung für Flottenbetreiber.“

Diese unbefriedigende Situation soll sich mit dem vom Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und nukleare Sicherheit (BMU) geförderten Forschungsprojekt EN-WIN („Elektromobile Nutzfahrzeuge wirtschaftlich und nachhaltig einsetzen“) ändern. Forscher des Fraunhofer IML, der Hochschule Fulda und des Fachgebiets Fahrerverhaltensbeobachtung für energetische Optimierung und Unfallvermeidung der TU Berlin schaffen dafür die Basis mit einer bisher nicht gekannten Menge an Praxisdaten für verschiedenste Nutzfahrzeugklassen von fünf bis 40 Tonnen.

Dabei stellen sie jeweils die Daten von elektrischen Fahrzeugen denen von vergleichbaren Diesel-Modellen als Benchmark gegenüber. Die entsprechenden Fahrzeuge werden durch die Praxispartner Meyer Logistik, Florida-Eis und BPW Bergische Achsen zur Verfügung gestellt. Die Bandbreite wird Anfang 2020 um ein Fahrzeug aus der Gewichtsklasse 26 Tonnen erweitert. Die Fahrzeugdaten in dieser Gewichtsklasse werden mit Unterstützung der Speditionen Geis, Bächle, Max Müller und Logistik in XXL aufgenommen.

Vor allem relevante Einflussfaktoren wie das Höhenprofil der Route, Wetter, wechselnde Temperaturen und nicht zuletzt der Fahrer und sein Fahrverhalten sollen in die Betrachtung einfließen. Doch welche Parameter haben konkret welchen Einfluss auf die Batteriereichweite? So lautet eine zentrale Frage im Rahmen des Forschungsprojekts. Antworten soll es spätestens 2020 geben. In den Bereichen Lebensmittel- und Verteilerlogistik entsteht im Zuge von EN-WIN eine breite Datenbasis, die erstmalig einen fundierten Soll-Ist-Abgleich ermöglicht.

Die Analyse und Verarbeitung der Datenmengen wird noch einige Monate in Anspruch nehmen. Eines aber können die Forscher schon jetzt sagen: Die Tourenplanung wird sich in Zukunft an neuen Grundlagen orientieren. Nicht zwangsläufig steht dabei die kürzeste Fahrtstrecke im Vordergrund. Unter wirtschaftlichen Aspekten kann es sinnvoller sein, in Zukunft erst den Kunden mit der schwersten Fracht anzufahren, um möglichst schnell Gewicht vom Fahrzeug herunterzubekommen – und so die Reichweite der Batterie in einen optimalen Bereich zu bringen.

Der Faktor Ladegewicht, der beim Diesel keine entscheidende Rolle spielt, fällt beim Elektrofahrzeug umso stärker ins Gewicht – im wahrsten Sinn des Wortes. „Unsere Erprobungen laufen auf konkrete Vergleiche hinaus: Wie lassen sich Touren mit einem möglichst geringen Batterieverbrach gestalten? Lohnen sich Umwege, und wenn ja, ab wann?“, erklärt Diplom-Logistikerin Daniela Kirsch vom Fraunhofer IML. „Es wird eine Weile dauern, bis sich die Systeme der zukünftigen Tourenplanung und eine neue Denkweise bei den Disponenten eingespielt haben.“

Nachdem 2017 der Prozess begonnen hatte, wurden Daten von Dieselfahrzeugen der Partner analysiert. Seit 2018 laufen konkrete Tests mit E-Fahrzeugen. BPW ist seit Sommer 2019 beteiligt, auch beim Praxispartner Florida Eis kommt zum Herbst 2019 noch ein weiteres E-Fahrzeug hinzu, dessen Daten ebenfalls in die Sammlung einfließen sollen. „Der gesamte Prozess des Datensammelns hat sich ausgedehnt, sodass das Projekt kostenneutral bis Ende 2020 verlängert wurde, um fundierte Resultate zu erhalten“, erklärt Bernsmann.

Die Praxispartner haben sich für das Fraunhofer IML als ideal erwiesen: Meyer Logistik und Florida Eis zählen ohnehin zu den Vorreitern bei der Nutzung von E-Nutzfahrzeugen in der täglichen Transportpraxis. Der Speiseeishersteller etwa hat es sich zum Ziel gemacht, seine Nahrungsmittel klimaneutral herzustellen und zu befördern. Selbst auf eine aktive Kühlung des Speiseeises im Auto wird verzichtet. Stattdessen kommt eine eutektische Kühlung zum Einsatz, bei der vorgekühlte Platten die Ladung im vorgegebenen Temperaturbereich halten. Auch BPW kann aus den Projektresultaten Erfahrungswerte ziehen, um die eigenen Lösungen und Komponenten im Bereich des elektrischen Antriebs weiterzuentwickeln. Für einen stetigen Austausch ist dabei gesorgt.

Auch wenn der Datenberg weiter anwachsen soll, sind die Forscher optimistisch, bereits Anfang 2020 erste konkrete Ergebnisse vorstellen zu können. So sind etwa Aussagen zu erwarten, welche Faktoren (Beladung, Wetter, Streckenprofil, Fahrverhalten etc.) jeweils bezogen auf die Fahrzeuggröße welchen Einfluss auf die Batteriereichweite haben. Schließlich soll das Projekt in den Prototypen eines Tools zur Tourenplanung und Fahrstromsimulation münden. „Disponenten benötigen Unterstützung, um den Einsatz von E-Nutzfahrzeugen effizienter planen zu können. Dazu wird man in Zukunft vernetzte Lösungen brauchen, die sich direkt in die vorhandenen Software-Systeme der Transportunternehmen integrieren lassen“, ist Bernsmann überzeugt.

Eine gute Nachricht haben die Forscher schon jetzt: Auf Fahrerseite dürfte der Umstieg auf den elektrifizierten Antrieb vollkommen unkompliziert sein. Das bestätigen die bisherigen Praxiserfahrungen, sagt Bernsmann: „Die Fahrer sind durchweg begeistert vom leisen Fahren, der starken Beschleunigung und dem hohen Fahrkomfort. Die Akzeptanz für E-Mobility im Nutzfahrzeug ist sofort vorhanden.“