Verlässt Ihr Bus das Depot warm? BTMS-Preconditioning vor dem Winter richtig spezifizieren

Noch bevor der erste Fahrgast zusteigen konnte, hatte der Winter bereits die Schwachstellen der Busflotte offenbart. Wenn die Batterie eines Busses beim Verlassen des Busdepots eine niedrige Temperatur aufweist, muss das Fahrzeug zu Beginn der Fahrt den Preis für diesen „Kaltstart“ zahlen – die Reichweite verringert sich und das Ladeverhalten verlangsamt sich. Eine vom National Renewable Energy Laboratory (NREL) durchgeführte Bewertung von rein elektrischen Bussen ergab, dass die Reichweite der Fahrzeuge bei einer Temperatur von 25 Grad Fahrenheit (ca. -4 Grad Celsius) um 33 % sinkt (im Vergleich zu idealen Betriebsbedingungen bei 55 bis 60 Grad Fahrenheit, d. h. ca. 13 bis 16 Grad Celsius). Diese Daten stammen aus einer NREL-Studie; wir führen sie hier lediglich als Hintergrundinformation an, es handelt sich nicht um unsere eigenen Testergebnisse. Dies wirft eine Frage auf, die Flottenbetreiber vor Beginn der Wintersaison berücksichtigen müssen: Befindet sich das Fahrzeug bei der Abfahrt bereits im „vorgewärmten“ Zustand? Und welche Ausstattungsmerkmale in den Fahrzeugspezifikationen ermöglichen dies?

„Preconditioning“ ist die Lösung für dieses Problem. Die Vorwärmung der Batterie und des Fahrgastraums erfolgt, während das Fahrzeug noch an die Ladestation angeschlossen ist und sich in der Vorbereitungsphase vor der Abfahrt befindet. Die dafür benötigte Energie wird dabei aus dem Stromnetz bezogen und nicht aus der Batterie selbst. Auf diese Weise bleibt die gespeicherte elektrische Energie des Busses bei der Abfahrt vollständig erhalten – genau darin liegt der Wert des Vorwärmprozesses. Würde man erst nach der Abfahrt die in der Batterie gespeicherte Energie zum Aufwärmen der kalten Batterie nutzen, würde man faktisch „Reichweite gegen Reichweite eintauschen“.

Zunächst muss geklärt werden, ob das im Angebot aufgeführte Batterie-Wärmemanagementsystem (BTMS) über eine Heizfunktion verfügt und wie hoch die Heizleistung ist. Nehmen wir als Beispiel die beiden Modelle, mit denen wir zu tun hatten: Obwohl beide mit der Angabe „5 kW Kühlleistung“ gekennzeichnet sind, unterscheiden sie sich in ihrer Leistung im Winter erheblich. Beim Modell LDC502HA-5KW wird die Heizfunktion als „optional“ aufgeführt, ohne dass die konkrete Leistung angegeben wird; beim Modell LDC560HA-5KW hingegen ist ausdrücklich eine 6-kW-PTC-Heizfunktion angegeben, zusätzlich zu einer Kühlleistung von 5 kW, einer Gleichspannung von 400 bis 860 V, einer 24-V-Gleichstrom-Steuerspannung, einem Gewicht von 32 kg und Abmessungen von 775 × 594 × 286 mm. Auf der öffentlichen Produktseite ist innerhalb dieser 5-kW-BTMS-Produktreihe das Modell LDC560HA mit einer 6-kW-Heizfunktion ausgestattet. Wenn der Einkäufer sich ausschließlich auf die „Kühl“-Parameter konzentriert, kann er nicht beurteilen, ob das Angebot eine Heizfunktion für den Winter umfasst. Daher ist es unerlässlich, vom Anbieter schriftlich klare Angaben zur Heizung einzuholen: Welcher Heiztyp konkret verwendet wird, wie hoch die Leistung ist und welche Steuerungslösung vorgesehen ist. Sollte für das Projekt lediglich eine Kühlfunktion erforderlich sein, ist es natürlich völlig sinnvoll, die Heizfunktion als „Option“ aufzuführen. Für Fuhrparks, die in den frühen Morgenstunden im Winter im Einsatz sind, bleibt dies jedoch eine noch offene Frage, bis die konkreten Einzelheiten geklärt sind.

Ein zweiter Punkt, der geklärt werden muss, ist der Betriebsablauf auf dem Parkplatz (in der Garage). Für das Vorheizen (die Vorbehandlung) der Fahrzeuge müssen ein Zeitfenster für das „Anschließen an die Ladestation“ und ein Zeitplan für die „Abfahrt“ festgelegt werden, wobei diese Vorbereitungen bereits vor dem Eintreten der Kälte am Morgen abgeschlossen sein müssen. Der Flottenbetreiber muss festlegen, wann jeder Bus an die Ladestation angeschlossen wird und wann er abfährt, und sicherstellen, dass die vorhandenen Ladeeinrichtungen das Vorheizen mit Netzstrom während des Anschlusses an das Stromnetz unterstützen. Eine Studie des National Renewable Energy Laboratory (NREL) in den USA hat zudem auf ein bemerkenswertes praktisches Problem hingewiesen: Oftmals werden die Fahrzeuge einer gesamten Flotte zur gleichen Zeit vorgewärmt; fällt dies mit einer Strompreisspitze zusammen, können zusätzliche „Nachfragegebühren“ (demand charges) anfallen. Dieser Aspekt muss in die Planung des Parkgeländes einbezogen und bereits in der frühen Phase der Projektplanung bei der Erörterung der technischen Spezifikationen berücksichtigt werden.

Ein dritter zu klärender Punkt ist, inwieweit die in den Nennparametern der Heizgeräte angegebenen Werte der tatsächlichen Leistung entsprechen. Beispielsweise erzeugt eine kontinuierliche Beheizung mit 6 kW Leistung über eine halbe Stunde 3 kWh Wärmeenergie – das ist eine einfache rechnerische Berechnung. Dies sagt jedoch nichts über die Aufheizgeschwindigkeit eines bestimmten Akkus aus. Die Wärmekapazität des Akkus, die Ausgangstemperatur, der Wärmeverlust, die Verteilung der Kühlflüssigkeit sowie die tatsächlich von der Heizung abgegebene Leistung bestimmen gemeinsam die endgültige Aufheizleistung. Dies lässt sich keineswegs durch einen einfachen „EVLINK-Vorwärmtest“ abdecken. Wenn Ihnen jemand eine Vorwärmzeit allein auf der Grundlage der Nennleistung des Heizgeräts verspricht, lässt er offensichtlich die entscheidenden Variablen dieses Prozesses außer Acht.

Daher empfehlen wir Flottenbeschaffern, bei der Beratung die folgenden fünf Informationen bereitzustellen: Fahrzeugmodell und die klimatischen Bedingungen, unter denen es betrieben wird, die im Angebot angegebene Heizleistung, die Konfiguration der Ladeeinrichtungen auf dem Parkplatz, den Fahrplan der Fahrzeuge sowie die vorhandenen Einbauzeichnungen. Sollten einige dieser Informationen noch nicht feststehen, geben Sie dies bitte ebenfalls an. Auf der Grundlage der vorliegenden Informationen können wir bereits Produktdiskussionen führen, auch wenn die endgültige Fahrzeugkonstruktion noch nicht vollständig feststeht; eine Konfigurationsbewertung anhand dieser fünf Eingabeparameter ist weitaus effektiver als eine vage Anforderung wie „Die Busse sollen im Winter warm bleiben“.