Datenlogger in der E-Fahrzeug-Forschung

Dipl. Ing. (FH) Mark Schetter, 26.01.2017

Wird der Einsatz von Datenloggern in der Elektromobilitätsforschung dazu beitragen, dass in naher Zukunft Verbrennungs-PKWs von Elektrofahrzeugen abgelöst werden?

Gerade in urbanen Räumen sind Verbrennungs-PKWs die Hauptverursacher der hohen Luftbelastungen mit Feinstaub und Stickstoffdioxid. Zusätzlich führen diese auch zu hohen Lärmerzeugungen. Elektrofahrzeuge sind hingegen viel leiser und verbrauchen weniger Energie. Sie können sogar CO2-frei betrieben werden, wenn sie mit erneuerbarer Energie beladen werden. 

Es sprechen viele Gründe für die Elektromobilität. Der deutsche Verbraucher bleibt aber dennoch skeptisch und kauft verhältnismäßig wenige Elektrofahrzeuge. Im Folgenden stellen wir einige aktuelle Forschungsprojekte vor und zeigen, wie Datenlogger neue Erkenntnisse im Bereich Elektromobilität und Nutzung von E-Fahrzeugen sammeln und dazu beitragen, Elektroautos zu etablieren.

Förderung von Elektromobilität

Deutschland investiert nicht nur in die Forschung der Elektromobilität. Mit dem 2016 eingeführten Umweltbonus für Elektroautos wird auch der Kauf eines neuen Elektroautos subventioniert. Die Kaufprämie wird vom Staat und Händlern gleichermaßen geteilt. Bis zu 5000 Euro können so beim Kauf gespart werden. Auch viele Städte und Gemeinden setzen auf die Förderung von Elektromobilität. Z. B. führt die bayerische Landeshauptstadt München 2017 ihr Investitionsprogramm zur EMobilität fort. 

Durch die Einführung des Umweltbonus wurden im vergangenem Jahr 11,58 Mio. Euro eingespart. Ab 2017 soll mit diesem Geld die Förderung der Ladeinfrastruktur, die Elektrifizierung des öffentlichen Nahverkehrs und die Anschaffung von E-Fahrzeugen finanziert werden. Auch der Landkreis Erlangen-Höchstadt fördert die Elektromobilität. Der Kauf eines elektrifizierten Rollers wird ab dem 1. Februar 2017 mit 200 Euro pro Fahrzeug subventioniert. 

Doch trotz Subventionierung durch Staat und Wirtschaft scheinen viele deutsche Verbraucher nach wie vor skeptisch zu sein. Nach Angaben des Kraftfahrt-Bundesamtes (KBA) wurden 2016 nur 11.410 Elektroautos neu gekauft. In Norwegen sind es doppelt so viele und in China wurden 2016 sogar 370.000 Elektroautos verkauft. Viele deutsche Automobilhersteller verkaufen ihre neuen E-Fahrzeuge daher zuerst im Ausland. Der Einsatz von Datenloggern kann die Zurückhaltung der Deutschen aber schon bald zerstreuen, da die gesammelten Daten stete Optimierungen einleiten und vermeintliche Vorteile von verbrennungsmotorbetriebenen Fahrzeugen in naher Zukunft dadurch wahrscheinlich verschwinden werden.

Deutsche Autohersteller sind wieder auf Platz 1

Im regelmäßig erscheinenden "Index Elektromobilität" werden von der Forschungsgesellschaft Kraftfahrwesen mbH Aachen (fka) die Wettbewerbspositionen der sieben großen Autonationen Deutschland, Frankreich, Italien, USA, Japan, China und Südkorea im Bereich der Elektromobilität nach verschiedenen Indikatoren verglichen. Deutschland hat beim Indikator "Technologie" aufgeholt und liegt gemeinsam mit Frankreich auf dem ersten Platz. Verantwortlich dafür ist u. a. die erhöhte Reichweite von E-Autos aus deutscher Produktion.

Reichweite von E-Autos und Änderung der Fahrzeugnutzung

Im Durchschnitt kommt man mit einem E-Auto, wie z. B. dem BMWi3 oder dem Renault Zoe maximal 400 km weit. Neuere Modelle wie der Opel Ampera e versprechen für 2017 aber schon eine Reichweite von ca. 500 km. Auf langen Strecken sind Elektrofahrzeuge gegenüber Verbrennungs-PKWs hier noch im Nachteil. Seine Energie erhält das EFahrzeug nicht innerhalb weniger Minuten an der Tankstelle, sondern über einen längeren 

Zeitraum an der heimischen Steckdose oder an einer öffentlichen Ladesäule. 

Hinzu kommt auch das fehlende flächendeckende Netz von Ladestationen. Im Oktober 2016 gab es nach Berechnungen des BDEW nur 6.500 öffentlich zugängliche Ladepunkte für Elektroautos in Deutschland. Im Vergleich dazu gab es 2015 laut ADAC 14.209 Tankstellen. Bei Kurzstrecken sieht das allerdings schon anders aus. Viele Verbraucher fahren z. B. nicht mehr als 150 km pro Tag. In urbanen Gebieten ist es sogar noch weniger und durch Carsharing-Systeme kommt ein eigenes Auto immer weniger in Frage. Ob sich ein E-Auto lohnt, hängt also nicht nur von den Maximalwerten des Fahrzeugs ab, sondern auch vom jeweiligen Nutzverhalten und den Anforderungen.

Die Erforschung des Fahrverhaltens mit Hilfe von Datenloggern

Um Fahrzeuge je nach Bedarf und unter Berücksichtigung der Bedürfnisse gezielt weiter entwickeln zu können, werden in der Forschung seit einigen Jahren Daten darüber gesammelt, wie Fahrzeuge und speziell E-Autos genutzt werden. Für die Speicherung der Daten werden in den Fahrzeugen z. B. sogenannte Datenlogger eingebaut. Ein Datenlogger besteht aus einem programmierbaren Prozessor, einem Speicher, Schnittstellen und ein oder mehreren Eingangskanälen zum Anschluss von verschiedenen Sensoren. Über die Sensoren werden die Messdaten erfasst, anschließend in gebrauchsfähige Daten umgewandelt und letztendlich abgespeichert.

Erstellung von Nutzerprofilen

Der Datenlogger speichert über einen gewissen Zeitraum in den Fahrzeugen alle relevanten Betriebsdaten. Zusätzlich können auch Signale von externen Sensoren gespeichert werden, z. B. von GPS-Modulen oder Beschleunigungsdaten. Mittels der gesammelten Messdaten können Forscher das Fahrverhalten der Nutzer analysieren und sie in Gruppen mit unterschiedlichen Nutzerprofilen zusammenfassen. Die Nutzung von Datenloggern kann z. B. für Industriepartner und Fuhrparkbetreiber interessant sein. Durch die Auswertung der Daten können die Betreiber bspw. die Nutzung ihrer Fahrzeuge und das Fahrverhalten genau nachvollziehen. Sie sind so in der Lage genauere Prognosen zur Nutzung und Auslastung der Fahrzeuge zu treffen und können ggf. Optimierungen vornehmen.

Die Optimierung von Fahrzeugflotten

Die Optimierung von Fahrzeugflotten wird z. B. im Modellprojekt "elektrisch mobil" seit 2014 erforscht. Das Projekt ist Teil der"InitiativE-BW" und soll Potentiale zur Nutzung von Elektrofahrzeugen bei Industrie, Gewerbe und privaten Institutionen sowie (halb-) öffentlichen Institutionen und einzelner Endverbrauchen in Baden-Württemberg erforschen. Bis 2017 testen mobile Pflegedienste und Serviceeinrichtungen von Pfarreien Elektroautos im betrieblichen Alltag. Das Projekt wird von dem Deutschen Institut für Luft-und Raumfahrtechnik (DLR Stuttgart) wissenschaftlich begleitet und ausgewertet. Über in den Fahrzeugen installierte Datenlogger, werden Erkenntnisse über den Energiebedarf der Fahrzeuge gewonnen, das Nutzerverhalten studiert und Optimierungspfade aufgezeigt. Teilnehmer der Studie erhoffen sich u. a. eine Antwort darauf, ob sich der Einsatz der Elektrofahrzeuge wirtschaftlich für sie lohnt. 

Einen ähnlichen Ansatz verfolgte auch das Projekt Pfleg!E-mobil. Im Zeitraum von zwei Jahren wurde die Möglichkeit untersucht, eine Fahrzeugflotte auf Elektroantrieb umzustellen. Beteiligt waren u.a. die Universität Paderborn, die Universität Bielefeld, die FH Bielefeld, sowie das DRK Bielefeld. Die beim DRK Bielefeld betriebenen Elektroautos wurden mit Messtechnik, u. a. dem CANBus Datenlogger ausgestattet, um während des Projekts Fahr- und Batteriemessdaten der Fahrzeuge auswerten zu können.

Forschungsschwerpunkte waren: 

  • Auswirkung der Ladung, bzw. Zwischenladung auf die Lebensdauer der Batterie 
  • Optimierung der Streckenführung hinsichtlich des Energieverbrauchs 
  • Entwicklung einer geeigneten Routenplanung für E-Fahrzeuge
  • Netzintegration der E-Fahrzeuge

Mit Kundendaten zu neuen Fahrzeugkonzepten

In einem mehrjährigen deutschlandweiten Praxistest macht Mercedes Benz seit Anfang 2016 ca. 200 Kunden zu Testern und sammelt noch bis 2017 Fahrinformationen aus erster Hand. Das Projekt "eMerge2" wird u. a. von der TU Berlin und der Universität Siegen begleitet. Dazu wurden Datenlogger u. a. in die elektrischen Autos des Typs Mercedes Benz B-Klasse 250e eingebaut. Im Vorgängerprojekt "eMerge" wurde bereits Schwerpunktmäßig das Ladeverhalten der Kunden untersucht. Nun wird das tägliche Fahrverhalten der Kunden expliziter untersucht. Die Ergebnisse sollen als Grundlage für die Entwicklung neuer E-Fahrzeugkonzepte dienen.

Die neue Generation von Datenloggern - unkompliziert und kostengünstig

Die Projektgruppe »Neue Antriebssysteme NAS« des Fraunhofer-Instituts für Chemische Technologie ICT hat einen neuen Datenlogger entwickelt, der besonders flexibel konfigurierbar und kostengünstig in der Anschaffung ist. Laut den Forschern, kann das Gerät unkompliziert vom Nutzer selbst im Fahrzeug eingebaut und in Betrieb genommen werden. Die Basis des Datenloggers bildet ein Raspberry Pi. Die Fahrzeugdaten werden über die OBD-II-Schnittstelle des Fahrzeugs ausgelesen. Diese Schnittstelle ist bereits jetzt in jedem Fahrzeug verbaut. Die Datenübertragung zwischen OBD-II-Schnittstelle und Datenlogger erfolgt via Bluetooth. Ziel der Projektgruppe NAS war es einen Datenlogger zu entwickeln, der möglichst vielen Nutzern zugänglich gemacht werden kann und eine höhere Verbreitung erfährt, denn ein höherer Datensatz verspricht auch eine genauere Analyse.

Das E-Fahrzeug als Ladespeicher

Im Forschungsprojekt INEES wurde im Bereich der Elektromobilität im Zusammenhang mit der Reduzierung von Treibhausgasemissionen durch die Nutzung erneuerbarer Energien geforscht. Durch Energiequellen wie z. B. Photovoltaik oder Windkraft ist das Energiesystem allerdings Schwankungen unterworfen, welche entweder eine Regelung des Verbrauchs oder den Einsatz von Energiespeichern notwendig machen. Die Batterien von Elektrofahrzeuge sind zwar in erster Linie für die Mobilität gedacht, könnten aber in den Standzeiten auch zur Speicherung von Energie oder zur Energieversorgung eingesetzt werden. Mit dieser Fragestellung beschäftigte sich das Projekt INEES im Zeitraum Juni 2012 bis Dezember 2015, an dem u.a. VW, das Frauenhofer Institut und die LichtBlick AG beteiligt waren Während des Projekts wurden in den benutzten Elektroautos von VW Datenlogger eingebaut und relevante Fahrzeugdaten und das Nutzerverhalten der Teilnehmer gespeichert. So konnten z. B. Ladevorgänge der Fahrzeuge und typische zurückgelegte Strecken und Verbräuche analysiert werden.

Carsharing - die neue Art der Fahrzeugnutzung in urbanen Räumen

Bei dem Projekt WiMobil wurden die Auswirkungen von Carsharing-Systemen auf Mobilität und Umwelt in urbanen Räumen untersucht. Dabei war u.a. von großem Interesse, welche Rahmenbedingungen für E-Carsharing-Systeme notwendig sind, um eine erfolgreiche Integration in die Stadtstruktur zu erzielen. Kern der Untersuchung war die Messung der räumlichen und zeitlichen Mobilität der Teilnehmer. Die Bewegungen wurden via Smartphone oder separatem GPS-Datenlogger übertragen. Die Daten wurden zu Etappen zusammengefügt und verschiedenen Verkehrsmitteln zugeordnet.

Erkenntnisse durch WiMobil:

  • Reduzierung von CO2-Emissionen
  • Reduzierung der Lärmbelastung
  • Einsparung an Fläche für Fahrzeuge

Wie der Datenlogger Aufschluss über die Entwicklung der Gesellschaft gibt

Auch in der Elektroautomobilbranche werden sich langfristig die Marken durchsetzen, die den Kunden und seine Bedürfnisse zufrieden stellen. Der Datenlogger liefert hier neue und vielfältige Möglichkeiten zur Analyse des Fahrverhaltens und seiner Nutzer. Mit den Daten können genauere Erkenntnisse über die Bedürfnisse der Kunden ermittelt und entsprechende Produkte entwickelt werden. Die sich daraus ergebenden Möglichkeiten sind vielfältig. Mit Hilfe der gesammelten Fahrzeugdaten könnten z. B. in Kombination mit einer Gesichtserkennung individuell die Rückspiegel und die Wunschtemperatur eingestellt oder das zur Tageszeit passende Fahrziel ins Navigationssystem eingeben werden. Das Elektroauto der Zukunft könnte Teil eines komplexen Energiesystems werden und in Ruhephasen seine ungenutzte Energie an das öffentliche Stromnetz verkaufen oder das eigene Smart-House bei Energieschwankungen mit Strom versorgen. Vielleicht kommt es soweit, dass der Besitz von Elektrofahrzeugen nicht mehr notwendig ist und E-Autos im Mietpreis einer Wohnung oder Hauses bereits enthalten ist. In urbanen Räumen könnte man eine beginnende Entwicklung in diese Richtung anhand von Carsharing-Modellen schon erahnen. 

Fakt ist, die mit Hilfe von Datenloggern gewonnenen Daten geben nicht nur vielseitige Einblicke über seine Fahrzeughalter und die reine Nutzung der Fahrzeuge, sondern auch Aufschluss über die Entwicklung unserer Gesellschaft.