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Mehr Effizienz für den E-Bus
#digitalisierung #emobility

Mehr Effizienz für den E-Bus

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Nur wenn alle Stromverbraucher optimal koordiniert werden, erreichen Elektrobusse die maximale Reichweite. Dafür entwickelt ZF derzeit ein eigenes Energie-Managementsystem (EMS).
Andreas Neemann, 26. Mai 2021
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Andreas Neemann hat seinen ersten ZF-Magazintext im Jahr 2001 zum 6HP-Automatgetriebe geschrieben. Seither begleitet der Automotive-Autor mit Faible für komplexe Themen den Konzern in vielen Publikationen für interne wie externe Leser.
Seit Anbruch des Elektromobilitätszeitalters gilt die Batterie als der begrenzende Faktor. Weltweit arbeiten Ingenieure deshalb daran, für Pkw und Nutzfahrzeuge die gespeicherten Kilowattstunden in möglichst viele Kilometer umzuwandeln. Da die Akku-Packs einer der größten Kostentreiber sind, lassen sie sich nicht beliebig vergrößern. Dazu kommt, dass gerade in Nutzfahrzeugen überdimensionierte Batterien das Gewicht erhöhen, die Zuladung verringern und das Fahrzeug-Handling beeinträchtigen. Bei batterieelektrischen Stadtbussen kommt eine weitere Herausforderung hinzu: Die E-Motoren für den Antrieb sind nicht die einzigen Stromverbraucher. Viele Nebenaggregate greifen ebenfalls auf den Akku zu, beispielsweise Kompressor, DC/DC-Wandler oder Heizung und Kühlung.

Ganzheitlicher Ansatz senkt Energieverbrauch

Ganzheitlicher Ansatz senkt Energieverbrauch
Gelingt es, den Energiebedarf aller Stromabnehmer optimal zu koordinieren, sinkt der Verbrauch. Genau das ist die Aufgabe eines Energiemanagement-Systems (EMS). Von Beginn an koordiniert die Software des EMS das Hochfahren, die Verfügbarkeit und das Zusammenspiel aller für den Energiefluss relevanten Komponenten im Fahrzeug. Davon profitieren die Reichweite des Fahrzeugs und die Systemkosten, da für eine gleichbleibende Reichweite dann auch unter Umständen eine kleiner dimensionierte Batterie genügt. Gerade weil das EMS für das Gesamtsystem so bedeutsam ist, wird es künftig Bestandteil des ZF-Portfolios sein. Da ZF das Steuergerät des E-Antriebs auch fürs Energiemanagement-System nutzt, sind keine zusätzlichen Steuergeräte notwendig. Dazu Winfried Gründler, der in der ZF-Division Nutzfahrzeugtechnik den Bereich Elektromobilität verantwortet: „Erst ein derart integrativer Ansatz ermöglicht, in elektrischen Fahrzeugen die Effizienz weiter zu steigern. Das zeigt den strategischen Stellenwert, den Software-Kompetenz bei uns hat.“ Das System von ZF ist besonders interessant für jene Bus- und Lkw-Hersteller, denen die Entwicklungskapazitäten fehlen, wie sie für ein eigenes EMS notwendig sind.
In einem Versuchsträger mit dem elektrischen Zentralantrieb CeTrax testet ZF sein Energie-Managementsystem (EMS). Ziel: Durch eine verbesserte Koordination aller Stromverbraucher die Reichweite des Fahrzeugs erhöhen.

ZF-Energiemanagement im Praxiseinsatz

ZF-Energiemanagement im Praxiseinsatz
Ein Versuchsfahrzeugfahrzeug, das in Friedrichshafen im Werk 2 seine Runden dreht, ist bereits dem ZF-EMS ausgestattet. Um das Energiemanagement noch leistungsfähiger zu machen, setzt ZF bei seinem EMS auf GPS-basierte Informationen. Es sind die gleichen Informationen, wie sie die schon in Serie gefertigte technische Lösung „ePreVision“ nutzt. Konkret bedeutet dies, dass die EMS-Software auch den topografischen Routenverlauf berücksichtigt. Ein Beispiel erklärt die Funktion: Der Kompressor des Busses meldet Energiebedarf, um den Druckluftvorrat für die Bremsen aufzufüllen. Doch anstatt der Anforderung sofort nachzukommen und Batteriestrom dafür einzusetzen, verzögert das EMS die Ausführung. Schließlich hat ePreVision in wenigen hundert Metern Entfernung eine längere Gefällestrecke ausgemacht. Erst während der Bergab-Fahrt springt dann der Kompressor an und ergänzt den Druckluftvorrat. Die Energie dazu stammt jedoch nicht aus den Batterien, sondern direkt aus der Rekuperation des E-Antriebs. „Diese verbesserte Koordination der unterschiedlichen Verbraucher bringt einen Effizienzvorteil und reduziert den Energieverbrauch des Fahrzeugs“, sagt Maximilian Wagner. Er ist Ingenieur im Projekthaus eMobility der ZF-Divisionen Nutzfahrzeugtechnik und Industrietechnik.
„Als Lieferant des E-Antriebs inklusive Leistungselektronik und Fahrsoftware für Stadtbusse ist es nur konsequent, ein Energie-Managementsystem (EMS) anzubieten, das sämtliche elektrifizierten Nebenaggregate energieeffizient steuert.“
Maximilian Wagner, ZF-Projekthaus eMobility

Intelligentes EMS schont die Batterien

Intelligentes EMS schont die Batterien
Das Energiemanagement-System von ZF bietet noch weitere Vorteile. Weil es Rekuperationsenergie direkt verwenden kann und sie nicht zwischenspeichern muss, erspart das EMS der Batterie im Laufe eines Fahrzeuglebens unzählige Lade- und Entladevorgänge. Dies erhöht die Lebensdauer der Akkus. Die Vorzüge eines optimalen Energie-Managementsystems zeigen sich auch im Busdepot. Schließlich koordiniert das ZF-EMS ebenfalls die Stromaufnahme am Ladegerät. Möglich wird das, weil das EMS bereits die Strecke kennt, auf der der E-Bus am nächsten Tag unterwegs sein wird. Beginnt die Fahrt beispielsweise mit einer langen Gefällestrecke, veranlasst das EMS die nicht vollständige Ladung der Batterie mit Netzstrom. Auch das spart Kosten und schont die Batteriezellen. Das EMS von ZF, das aktuell entwickelt wird, optimiert sogar die Wartung. Da es vor jeder Fahrt die Meldungen der Nebenaggregate ausliest, meldet es frühzeitig Unregelmäßigkeiten und verkürzt so Ausfallzeiten. ZF wird sein Energie-Managementsystem zunächst als Option für jene Kunden anbieten, die bereits den elektrischen Antrieb beim Konzern geordert haben. Dort lässt sich die Software einfach auf die bereits vorhandenen Steuergeräte aufspielen.

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