Fahrer-Fahrzeug-Interaktion zur Optimierung der Aufladung von Elektrofahrzeugen

Mit „grünem“ Strom mobil

Regenerativ erzeugter Strom steht zur Verfügung, wenn der Wind weht oder die Sonne scheint. Elektromobile können vorzugsweise geladen werden, wenn „grüner“ Strom zur Verfügung steht, und können sogar bei Knappheit Strom ins Netz zurückspeisen. Regenerative Stromerzeugung und Elektromobilität ergänzen sich also bestens. Das hier beschriebene Projekt soll das Problem lösen, Laden und Rückspeisen so zu steuern, dass die Mobilitätsbedürfnisse der Nutzer erfüllt werden können.

Nutzungsabsichten müssen bekannt sein

Wenn Laden und Rückspeisen automatisch gesteuert werden sollen, muss bekannt sein, wann der Nutzer wie weit fahren will. Die erste Idee hierzu „Der Nutzer muss alle beabsichtigten Fahrten programmieren“ wurde schnell verworfen, da offensichtlich nicht praktikabel. Um einen gangbaren Weg zu finden, wurden mit verschiedenen Nutzern (einer Lehrerin, einer freiberuflich tätige Reisebürokauffrau, einem Rentner, einem Studenten, einer Krankenschwester und einem Pendler) typische Szenarien entwickelt. Aufgrund dieser Szenarien erscheint die Eingabe von drei Werten sinnvoll:

1.    geplante Abfahrtszeit,
2.    zur Abfahrtszeit erforderliche Reichweite und
3.    Reichweite für vorher eventuell anfallende „Spontanfahrten“.

Letzteres wird gebraucht, da es ja sein kann, dass der Nutzer sich die Möglichkeit offenhalten will, auf Notfälle reagieren zu können oder nur vor der vielleicht für den nächsten Morgen geplanten Abfahrt am Abend noch mal ins Kino zu fahren. Diese Werte müssen beim Anschluss an das Stromnetz eingeben werden, aber nur falls sie sich gegenüber der letzten Ladung ändern sollen. Diese Werte können während der Ladezeit jederzeit über einen PC oder ein Smartphone verändert werden.

Nebenstehende Abbildung zeigt mit der grünen Fläche den dem System zur Verfügung stehenden Spielraum zur Steuerung von Laden und Rückspeisen. Die rote Linie zeigt den Ladezustand, der mindestens vorhanden sein muss, die grüne die Möglichkeiten für darüber hinausgehendes Laden und Rückspeisen.

Motivation der Nutzer

Das Bewusstsein, etwas zur Stabilität des Stromnetzes beizutragen, wird die Nutzer wohl nicht ausreichend motivieren, die drei genannten Angaben zu machen und damit auf weitergehende Flexibilität zu verzichten. Es sollte daher auch eine finanzielle Kompensation erfolgen. Dazu werden zwei Möglichkeiten betrachtet:

Die Steuerung von Laden und Rückspeisen kann über dynamische Tarife erfolgen: Bei Stromüberangebot wäre der Strom billig, bei Knappheit teuer. Das System würde dann zur Realisierung der Nutzungsanforderungen automatisch die günstigsten Zeiten für Laden und eventuell Rückspeisen wählen. Damit würde sich in der Regel eine Einsparung gegenüber dem „Normalpreis“ ergeben. Wenn der Stromversorger die geplante Preisgestaltung im Voraus übermittelt, kann bereits beim Anschluss an das Stromnetz die voraussichtliche Einsparung angezeigt werden. Allerdings könnte die tatsächliche Einsparung dann größer oder auch kleiner sein, wenn der Stromversorger die Preise während der Anschlusszeit ändert.

Um das zu vermeiden, könnte der Stromversorger für jede Ladung den Normalpreis berechnen und zusätzlich einen Bonus für den gewährten Spielraum für Laden und Rückspeisen zahlen. Um sowohl die Größe als auch die Zeit des Spielraums zu berücksichtigen, könnte der Bonus proportional zur grünen Fläche in obiger Abbildung bemessen werden. Wenn der Nutzer dann zur geplanten Zeit abfährt, erhält er genau den Bonus, der beim Anschluss ans Stromnetz angezeigt wurde.

Entwurf des Interface

Entwurf für Interface

Zur Eingabe der Nutzungsabsichten sowie zur Anzeige von aktuellem Ladezustand und Einsparpotential dient ein Touch-Screen, das in der Mittelkonsole des Fahrzeuges eingebaut wird. Nebenstehende Abbildung zeigt den Entwurf von Dipl. Des. Andreas Hofer für dieses Interface. Die Bedienung ist ähnlich, wie man es z.B. vom iPhone kennt: Beim Antippen eines der Felder für die Reichweite „spontane Fahrt“ (50 km) oder „geplante Fahrt“ (105 km) sowie für Abfahrtstag und -zeit (Dienstag, 9:00 Uhr) erscheint ein Karussell, womit durch Wischbewegung der Wert leicht verändert werden kann. Die Reichweiten werden auch auf der darunter befindlichen Skala angezeigt und können dort auch durch Verschieben mit dem Finger verändert werden. Durch den blauen Pfeil wird auf dieser Skala die aktuelle Reichweite (82 km) angezeigt.

Die Gebrauchstauglichkeit eines interaktiven Systems kann nicht durch dessen Entwickler getestet werden. Im nächsten Schritt wird daher ein Prototyp nach diesem Entwurf mit geeigneten Testpersonen geprüft und auf Grundlage der Ergebnisse verbessert werden.

Feldversuch

Das verbesserte Interface wird dann für einen Feldversuch in fünf Testfahrzeuge des Projektpartners Stadtwerke Trier installiert. Ziel des Feldversuchs ist es, gesicherte Aussagen zur Akzeptanz des gesteuerten Ladens und Rückspeisens mit beiden oben beschriebenen Abrechnungsmodellen zu erhalten. Der Feldversuch startet im Januar 2013 und wird von Prof. Dr. Christian Frings, Lehrstuhl Allgemeine Psychologie & Methodenlehre der Universität Trier, wissenschaftlich begleitet.

Rolf Linn,  2. Dezember 2012
gefördert durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie

Dieses Projekt wurde gefördert mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Technologie unter dem Förderkennzeichen 01ME12043. Es ist Teil des Beitrages des Forschungsverbundes Verkehrstechnik und Verkehrssicherheit (www.fvv-trier.de/), bestehend aus Informatikern und Technikern der Hochschule Trier und Psychologen der Universität Trier, zum Vorhaben econnect Germany.

Forschungsprojekt econnect Germany

Im vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie geförderten Verbundforschungsprojekt „econnect Germany“ erarbeiten sieben kommunale Stadtwerke gemeinsam mit hochkarätigen Forschungs- und Entwicklungspartnern, Lösungen in den Bereichen IKT für Smart Grid und Smart Traffic zur nachhaltigen Einführung von Elektromobilität. Siehe auch www.econnect-trier.de, www.econnect-germany.de/, die Darstellung der Stadtwerke Trier und die Beschreibung von Prof. Dr. Jörn Schneider.