Die Homologation von Elektrofahrzeugen tritt in eine neue Phase ein. Es reicht nicht mehr aus nachzuweisen, wie weit ein Fahrzeug im Neuzustand fahren kann. Regulierungsbehörden wollen zunehmend verstehen, wie effizient das Fahrzeug Energie nutzt, wie sich die Reichweite unter anspruchsvollen Betriebsbedingungen verändert und ob die Traktionsbatterie über ihre erwartete Nutzungsdauer eine angemessene Leistung aufrechterhalten kann.
Reichweite, elektrischer Energieverbrauch und Batteriehaltbarkeit werden daher zu miteinander verbundenen regulatorischen Parametern. Fahrzeug, Batterie, Batteriemanagementsystem, Thermomanagementstrategie, Ladeverhalten und elektrischer Antriebsstrang müssen zunehmend als ein Homologationssystem betrachtet werden.
WLTP, UN-Anforderungen an die Batteriehaltbarkeit und Euro 7 beschleunigen diesen Übergang von einem einzelnen angegebenen Leistungswert hin zu einer messbaren und zunehmend lebenszyklusorientierten Konformität von Elektrofahrzeugen.
Die Reichweite allein erzählt nicht die ganze Geschichte
Die Reichweite bleibt eines der sichtbarsten Leistungsmerkmale eines Elektrofahrzeugs. Doch zwei Fahrzeuge mit ähnlicher zertifizierter Reichweite können dieses Ergebnis mit sehr unterschiedlichen Batteriekapazitäten, Effizienzen und technischen Strategien erreichen.
Die Homologation befasst sich daher zunehmend mit dem Zusammenhang zwischen verfügbarer Batterieenergie, Fahrzeugeffizienz, Umgebungsbedingungen und der Fähigkeit der Batterie, ihre Leistung mit zunehmendem Fahrzeugalter zu erhalten.
Die Reichweite ist ein verständliches Maß für die Strecke, die mit der nutzbaren Batterieenergie des Fahrzeugs zurückgelegt werden kann.
Die Reichweite muss zunehmend zusammen mit Energieverbrauch, Betriebsbedingungen und erhaltener Batterieleistung betrachtet werden.
Wie die regulatorische Reichweite bestimmt wird
Die zertifizierte EV-Reichweite ist nicht einfach die maximale Strecke, die ein Hersteller unter günstigen Straßenbedingungen erreichen kann. Sie wird mit vorgeschriebenen Verfahren bestimmt, die wiederholbare und vergleichbare regulatorische Ergebnisse liefern sollen.
Fahrzeugmasse, Reifen, aerodynamische Konfiguration, Fahrwiderstandseigenschaften, elektrische Systeme und die genehmigte Fahrzeugkonfiguration können den resultierenden Wert beeinflussen.
Sie spiegelt nicht nur die Traktionsbatterie wider, sondern auch die Effizienz von Motor, Wechselrichter, Antriebsstrang, Thermosystemen, Nebenverbrauchern, Reifen, Aerodynamik und Fahrzeugsteuerungsstrategie.
Die Effizienz hinter der Reichweitenangabe
Der elektrische Energieverbrauch beschreibt, wie viel elektrische Energie ein Fahrzeug benötigt, um nach dem anwendbaren Prüfverfahren eine festgelegte Strecke zurückzulegen.
Damit ist der Energieverbrauch einer der deutlichsten Indikatoren für die Gesamteffizienz des EV-Antriebsstrangs.
Der Motorwirkungsgrad beeinflusst, wie wirksam gespeicherte elektrische Energie in Vortrieb umgewandelt wird.
Verluste im Wechselrichter und bei der elektrischen Umwandlung tragen zum Gesamtenergiebedarf bei.
Der Luftwiderstand des Fahrzeugs wird mit steigender Geschwindigkeit immer wichtiger.
Reifen, Fahrzeugmasse und Fahrwerkseigenschaften beeinflussen die für die Fortbewegung benötigte Energie.
Heizen oder Kühlen von Batterie und Innenraum kann einen erheblichen zusätzlichen Energiebedarf verursachen.
Die Rückgewinnung kinetischer Energie beim Verzögern kann die Gesamteffizienz des Fahrzeugs verbessern.
Vergleichbare EV-Leistung schaffen
Das WLTP bietet einen international harmonisierten Rahmen, der in zahlreichen Märkten zur Bestimmung des elektrischen Energieverbrauchs und der elektrischen Reichweite betroffener leichter Fahrzeuge verwendet wird.
Standardisierung ist wichtig, weil scheinbar kleine Unterschiede bei Fahrzeugmasse, Fahrwiderstandskoeffizienten, Reifenkonfiguration, Temperatur oder Fahrzeugvorbereitung das Messergebnis beeinflussen können.
Die reale Reichweite wird weiterhin von Geschwindigkeit, Temperatur, Gelände, Zuladung, Verkehr, Fahrverhalten, Heizung, Kühlung und anderen Betriebsvariablen beeinflusst.
Umgebungsbedingungen legen das gesamte EV-System offen
Die Temperatur kann die Reichweite von Elektrofahrzeugen erheblich beeinflussen. Niedrige Umgebungstemperaturen wirken sich auf das Batterieverhalten aus und erhöhen gleichzeitig den Energiebedarf für Innenraumheizung und Batterie-Thermomanagement.
Niedrige Temperaturen können die verfügbare Batterieleistung beeinträchtigen und den Innenwiderstand erhöhen.
Heizenergie wird aus derselben gespeicherten elektrischen Energie entnommen, die letztlich den Vortrieb versorgt.
Thermomanagementsysteme können Energie verbrauchen, um die Batterie in einem geeigneten Betriebsbereich zu halten.
Die Fahrzeugsoftware bestimmt, wie Fahrgastkomfort, Batterieschutz und Antriebseffizienz gegeneinander abgewogen werden.
Leistung über das Neufahrzeug hinaus
Traktionsbatterien verändern sich naturgemäß mit dem Alter. Kalendarische Alterung, Lade-Entlade-Zyklen, Temperaturbelastung, Ladeverhalten und Betriebsbedingungen können die verfügbare Energiekapazität schrittweise verringern.
Die Traktionsbatterie beginnt ihren Einsatz mit ihren anfänglichen Eigenschaften der nutzbaren Energie und kalibrierten Leistung.
Haltbarkeitsanforderungen bewerten, ob mit steigendem Fahrzeugalter und zunehmender Laufleistung ausreichende Batterieleistung erhalten bleibt.
Die regulatorische Frage erweitert sich zunehmend von „Funktioniert die Batterie?“ zu „Funktioniert sie auch nach Jahren der Fahrzeugnutzung noch angemessen?“
Batteriedegradation messbar machen
Der Gesundheitszustand (State of Health) der Batterie bietet einen Mechanismus, um die verbleibende Leistungsfähigkeit einer gealterten Traktionsbatterie im Verhältnis zu einem anwendbaren Referenzzustand zu beschreiben.
Die erhaltene nutzbare Batterieenergie kann im Verhältnis zur maßgeblichen Referenzleistung bewertet werden.
Batteriemanagementsysteme erzeugen Informationen, die zur Bestimmung und Überwachung des Batteriezustands verwendet werden.
Der regulatorische Wert des Gesundheitszustands hängt von einer verlässlichen Bestimmung und angemessenen Verifizierung ab.
Informationen zum Gesundheitszustand bieten einen Mechanismus zur Bewertung der Batterieleistung nach dem Markteintritt.
Batterieleistung wird zur regulatorischen Haltbarkeitsanforderung
Euro 7 legt Mindestanforderungen an die Batteriehaltbarkeit für betroffene Plug-in-Hybrid- und reine Elektrofahrzeuge fest.
Die anwendbaren Anforderungen für M1-PEV und OVC-HEV gelten für den Zeitraum vom Lebensbeginn bis fünf Jahre oder 100.000 km, je nachdem, was zuerst eintritt.
Die nachfolgende Anforderung gilt über fünf Jahre oder 100.000 km hinaus bis acht Jahre oder 160.000 km, je nachdem, was zuerst eintritt.
Euro 7 enthält klassenspezifische Anforderungen an die Batteriehaltbarkeit. Die anwendbare Fahrzeugklasse, der Antriebsstrang, das Umsetzungsdatum und die detaillierten regulatorischen Bestimmungen müssen daher für jedes Programm bestätigt werden.
Batteriehaltbarkeit wird in das Fahrzeug hineinkonstruiert
Die langfristige Batterieleistung wird durch Entscheidungen in der gesamten Batterie-, Antriebsstrang-, Thermo-, Lade- und Softwareentwicklung beeinflusst.
Die Zellzusammensetzung beeinflusst Energiedichte, Alterungsverhalten, Ladefähigkeit und thermische Eigenschaften.
Die Temperaturregelung ist entscheidend für Leistung, Schnellladen und langfristige Haltbarkeit.
Laderaten und Regelstrategien beeinflussen Belastung und Degradation der Batterie.
Batteriemanagementsysteme können Kapazität reservieren, um verfügbare Reichweite und langfristigen Batterieschutz auszubalancieren.
Ein geringerer Energieverbrauch kann den Batteriedurchsatz verringern, der für eine bestimmte Strecke erforderlich ist.
Die Steuerungssoftware koordiniert Laden, thermischen Schutz, Leistungsverfügbarkeit und die Schätzung des Gesundheitszustands.
Sie muss bei Batterieauswahl, Auslegung des Thermosystems, Fahrzeugkalibrierung, Ladestrategie und Validierungsplanung berücksichtigt werden.
Batterieleistung wird rückverfolgbar
Eine Haltbarkeitsanforderung wird deutlich aussagekräftiger, wenn der Batteriezustand auch nach Inbetriebnahme des Fahrzeugs bestimmt werden kann.
Batteriehaltbarkeit wird zu einem internationalen Regulierungsthema
Die UN GTR Nr. 22 bietet einen internationalen technischen Rahmen für die Haltbarkeit von Batterien im Fahrzeug bei elektrifizierten leichten Fahrzeugen.
Die Bedeutung dieses Ansatzes reicht über einzelne Rechtsordnungen hinaus. Batteriehaltbarkeit, Bestimmung des Gesundheitszustands und Lebenszyklusleistung werden zunehmend Teil der internationalen Diskussion über die Regulierung von Elektrofahrzeugen.
Bietet einen internationalen technischen Rahmen für die Haltbarkeit von Batterien im Fahrzeug bei elektrifizierten leichten Fahrzeugen.
Führt verbindliche Mindestanforderungen an die Batteriehaltbarkeit im europäischen Rahmen für die Fahrzeuggenehmigung ein.
Informationen zur Batterieleistung verbinden zunehmend die Erstzertifizierung mit dem Fahrzeugzustand im Betrieb.
Prüf-, Überwachungs- und Haltbarkeitsanforderungen können sich mit der Reife von Batterie- und Elektrofahrzeugtechnologie weiterentwickeln.
Reichweite, Effizienz und Haltbarkeit integrieren
Ein wirksames Homologationsprogramm sollte Reichweite, Energieverbrauch und Batteriehaltbarkeit integrieren, statt sie als voneinander unabhängige Zertifizierungstätigkeiten zu behandeln.
Anwendbare WLTP-, Euro-7-, UN- und marktspezifische Anforderungen bestimmen.
Antriebsstrang, Batteriekonfiguration, Fahrzeugfamilie und anwendbare Prüfanforderungen festlegen.
Homologationsprüfungen mit repräsentativen genehmigten Fahrzeugkonfigurationen planen.
Reichweite und Thermomanagementverhalten unter anwendbaren Umgebungsprüfbedingungen bewerten.
Die Bestimmung des Gesundheitszustands und die anwendbaren Mindestleistungsanforderungen validieren.
Regulatorische Nachweise und die Rückverfolgbarkeit der Batterieleistung nach dem Markteintritt aufrechterhalten.
Von der maximalen zur nachhaltigen Reichweite
Die erste Generation des Wettbewerbs bei Elektrofahrzeugen konzentrierte sich stark darauf, wie weit ein Elektrofahrzeug mit einer voll geladenen Batterie fahren kann.
Die nächste Generation der Regulierung stellt eine anspruchsvollere Frage: Wie effizient kann diese Reichweite erbracht werden, unter welchen Betriebsbedingungen, und wie viel der zugrunde liegenden Batterieleistung bleibt nach Jahren erhalten?
Die größte Aufmerksamkeit gilt der anfänglichen zertifizierten Reichweite des Fahrzeugs.
Die Fahrzeugleistung wird zunehmend als vernetztes und lebenszyklusorientiertes System bewertet.
Energieeffizienz, Umweltleistung, Batteriedegradation und eine verlässliche Bestimmung des Gesundheitszustands bestimmen zunehmend die regulatorische Qualität des gesamten Elektrofahrzeugs.