Induktive Taxiladung für den öffentlichen Raum

Knapp 85 % der Taxis in Deutschland haben einen Dieselmotor und sind von der Diskussion um Dieselfahrverbote gerade in Innenstädten mit hohen CO₂-Grenzwerten betroffen. Wegen der hohen täglichen Fahrleistung von Taxis kann die Elektrifizierung der Taxiflotten dazu beitragen, diese Emissionen in den Innenstädten zu reduzieren. Sie fördert damit die Nachhaltigkeit in der Mobilität, die nicht nur in der EU stark diskutiert wird.

Die zentrale Bedeutung der Mobilitätswende im Rahmen der Klimaschutzmaßnahmen ist unbestritten. Der Dreiklang „Vermeiden, Verlagern und Verbessern“ ist seit Jahrzehnten Planungsparadigma und dennoch ist der status quo nicht ausreichend, um von einer Klimaneutralität des Verkehrs zu sprechen. Kommunen haben hierbei eine wesentliche Gestaltungsfunktion: sie setzen die verhaltensbestimmenden Rahmenbedingungen für das Leben der Bürgerinnen und Bürger sowie die ansässige Wirtschaft. Kommunales Handeln muss dem öffentlichen Wohl dienen und verschiedene Interessen berücksichtigen. Wesentlicher Erfolgsfaktor hierbei ist, dass praktikable Lösungen für die unterschiedlichen Anwendungsfelder aktiv unterstützt werden müssen. Für die Schnittstelle Elektromobilität und Taxiverkehr bestand ein Praktikabilitätsdefizit, das die Elektrifizierung dieses Verkehrssegments zu hemmen schien. Mit dem Forschungsprojekt „Taxi-Lade-Konzept für den öffentlichen Raum“ (TALAKO) ist ein plausibles Konzept entwickelt worden, um nachhaltige Mobilität in der Stadt zu ermöglichen. Aus kommunaler Brille wird beleuchtet, welche Beweggründe ausschlaggebend für die Projektteilnahme waren und welche Lösungsansätze es für die speziellen Herausforderungen bei der Implementierung einer induktiven Ladeanlage im öffentlichen Straßenland gibt.

Die RheinEnergie ist ein in Köln und der rheinischen Region beheimateter, bundesweit aktiver Energiedienstleister. Seit 150 Jahren ist sie aktiv für die Menschen und Betriebe im Rheinland. Neben Energie und Trinkwasser liefert sie zahlreiche Energielösungen für Privatleute, Gewerbe und Industrie. Kernfeld sind Kooperationen mit Unternehmen aus der Region und bundesweit. Sie ist den Unternehmen und Menschen in der rheinischen Region eng verbunden. In Köln und Umland ist die RheinEnergie einer der bedeutendsten Wirtschaftsfaktoren. Als Energieversorgungsunternehmen ist die Energiewende für die RheinEnergie von essenzieller Bedeutung und wird von ihr aktiv getrieben und mitgestaltet. Die RheinEnergie wird ihre Strom- und Wärmeversorgung bis spätestens 2035 vollständig dekarbonisieren. Ein wichtiger Schritt dorthin ist schon getan: Ökostrom für alle Haushalts- und Gewerbekundinnen und -kunden seit 2022. Beim Ausbau der erneuerbaren Energien nimmt die RheinEnergie ebenfalls eine Vorreiterrolle ein und investiert allein bis 2025 weitere 100 Mio. EUR, zusätzlich zu den 375 Mio. EUR, die bereits investiert wurden. In diesem Zusammenhang der Energiewende stehen Heizkraftwerke und Wärmenetze. Wesentliche Bausteine zum Umbau des Wärmesektors sind neben Fernwärmespeichern große Solarthermie-Anlagen, Groß-Wärmepumpen und der Aufbau von „Power-to-Heat“-Kapazitäten, die Umwandlung von grünem Strom in Wärme. Vor dem Hintergrund der Mobilitätswende kommt der RheinEnergie im Hinblick auf den Ausbau von Ladeinfrastruktur besondere Bedeutung zu. Als kommunales Unternehmen, das zum Stadtwerke Köln Konzern gehört, nimmt die RheinEnergie die Verantwortung für den Auf- und Ausbau von Ladeinfrastruktur im öffentlich zugänglichen Stadtbereich mit verschiedensten Förder- und Forschungsprojekten seit 2012 aktiv wahr. Darüber hinaus bedient sie, teilweise mit ihren Töchtern auch gewerbliche Anfragen für den nicht öffentlichen Bereich, wobei auch hier immer fortschrittlichere und effizientere Lösungen gefragt sind. Der Wandel in Gesellschaft, Technologie und Politik erfordert dabei immer wieder Anpassungen an aktuelle sowie zukünftige Bedürfnisse, die es vor dem Hintergrund dieses disruptiven, schnell wachsenden und von vielen Innovationen geprägten Marktes, zu erfüllen gilt. Im Folgenden soll auf die kommunalen, gesellschaftlichen, sowie rechtlichen und technischen Aspekte innovativer Ladekonzepte eingegangen werden, die durch die RheinEnergie und ihre Partner mittels verschiedenster Ansätze entwickelt, getestet und erprobt sowie umgesetzt werden.

Im Projekt TALAKO werden Elektrotaxis am Hauptbahnhof in Köln berührungslos mit induktiver Ladetechnik der INTIS GmbH geladen. In den folgenden Kapiteln stellt INTIS die Grundlagen dieser Ladetechnik vor und erläutert, wie die Prototypen- und Pilotanlage in Köln realisiert wurden.

Zunächst wurde die Prototypenanlage zum stationären Laden eines Taxis entwickelt. Diese Anlage nutzt bereits die Spulentopologie für die spätere Pilotanlage und lädt das Taxi mit einer Ladeleistung von 22 kW. Allerdings enthält dieses System aber nur einen Ladeplatz und wurde im nicht-öffentlichen Raum installiert. Sie dient hauptsächlich dazu, das technische Konzept der Anlage zu verifizieren.

Auf Basis der prototypischen Entwicklung wurde dann die Pilotanlage mit sechs Ladeplätzen und für den öffentlichen Raum entwickelt. Diese Anlage kann bis zu sechs Taxis parallel mit je 22 kW laden. Dabei wird eine semidynamische und dynamische induktive Spulentopologie entwickelt, die auch als Referenzspulenvorschlag für die Standardisierung eingereicht wurde. Außerdem ist die gesamte Anlage, so weit wie möglich, nach den bisher gültigen Normen und der Standardisierung für induktive Ladesysteme für PKW im öffentlichen Raum (DIN EN IEC 61980, ISO 19363), ausgelegt und ist das erste seiner Art in Deutschland. Zudem ist diese Anlage einer der ersten Anlagen weltweit, die vollumfänglich in die bestehende Straßeninfrastruktur integriert wurde und als Taxi-Wartespur in das bestehende Verkehrsgeschehen integriert ist.

Die Fahrzeuge, die an der Pilotanlage laden können, werden in diesem Projekt von Taxiunternehmen betrieben. Alle Fahrzeuge wurden von INTIS in Zusammenarbeit mit dem Fahrzeughersteller LEVC mit induktiver Ladetechnik ausgerüstet und die Umrüstung durch den TÜV abgenommen. Die Fahrzeuggewährleistung bleibt nach dem Umbau erhalten. Das Laden eines der bisher ausgerüsteten Taxis bei 10 % SoC (State of Charge) auf 100 % SoC beträgt ca. eine Stunde und 15 min.

Die Anlage wurde am 14. Juni 2022 offiziell in Betrieb genommen. Die ausgerüsteten Taxis sind heute in der Lage auf der Anlage ohne zusätzlichen Nutzeraufwand zu laden und das gesamte Ladesystem ist barrierefrei in die städtische Infrastruktur integriert.

Ziel des TALAKO Projekts ist es, kabelloses Laden von Elektrofahrzeugen im öffentlichen Raum zu ermöglichen. Induktives Laden erfordert eine präzise Ausrichtung des Fahrzeugs, um einen effizienten Ladevorgang zu gewährleisten. Dabei hat die Ausrichtung des Fahrzeugs direkten Einfluss auf den Wirkungsgrad. Der Positionierungsvorgang kann für den Fahrer herausfordernd sein, da er den Versatz der Ladekomponenten ohne weitere Unterstützung nicht wahrnehmen kann. Daher umfasst die entwickelte Anlage neben der induktiven Ladeinfrastruktur selbst ebenfalls ein kamerabasiertes Fahrerassistenzsystem. Das Fahrerassistenzsystem wird dazu genutzt, anfahrende Fahrzeuge zu erkennen und den Fahrer beim Positionierungsvorgang zu unterstützen. Es besteht aus zwei Komponenten: einem kamerabasierten Positionierungssystem und einer Fahrerleitanwendung. Das Positionierungssystem nutzt Kamerabilder, um die Position von Fahrzeugen mit einer Genauigkeit von 5 cm zu berechnen. Daraus wird der Abstand zwischen Fahrzeug und Ladeplatte abgeleitet. Die Fahrerleitanwendung interpretiert die Positionsinformationen und generiert daraufhin geeignete Anweisungen für den Fahrer. Das Positionierungssystem basiert auf einem neuronalen Netz, welches die Reifen des Fahrzeugs erkennt. Da der Abstand zwischen den Reifen bekannt ist, kann daraus die Position und Rotation des Fahrzeugs errechnet werden. Untersuchungen haben ergeben, dass die Genauigkeit im Bereich von 5 cm liegt. Um das Positionierungssystem unabhängig vom Fahrzeugtyp und Installationsort zu betreiben, muss es entsprechend konfiguriert werden. Dazu muss das neuronale Netz trainiert und die Kameraausrichtung kalibriert werden. Das Training des neuronalen Netzes wird mit synthetisch generierten Bildern ergänzt, welche mit einem eigens entwickelten Bildgenerator produziert werden können. Die Kameraausrichtung wird mit einem speziellen Muster bestimmt, welches an verschiedenen Stellen auf dem Untergrund platziert wird. Da die realen Maße des Musters bekannt sind, lässt sich daraus die Geometrie des Installationsortes ableiten. Im Rahmen einer Nutzerstudie wurde untersucht, welche Bildschirmmodalität für die Fahrerleitanwendung unter den gegebenen Umständen optimal eingesetzt werden kann. Die Studie hat ergeben, dass Nutzer einen im Fahrzeug befindlichen Bildschirm für die Ausgabe von Anweisungen bevorzugen. Daher wurde die Fahrerleitanwendung durch eine mobile Anwendung realisiert. Diese zeigt dem Fahrer die Position des Fahrzeugs in Relation zur Ladestation an. Für die Darstellung der räumlichen Relationen wurden verschiedene Visualisierungen miteinander verglichen. Mit mehreren Visualisierungen sind die Nutzer in der Lage, das Fahrzeug in einem Toleranzbereich von 5 cm zu positionieren. Die meisten Nutzer bevorzugen jedoch eine Darstellung aus der Vogelperspektive. Die Kommunikation der beiden Komponenten wurde mittels Bluetooth Low Energy umgesetzt. Im Gegensatz zu anderen drahtlosen Kommunikationsmöglichkeiten, wie z. B. WLAN, bietet dies den Vorteil, dass Informationen ohne Verzögerung eines Verbindungsaufbaus an die mobile Anwendung gesendet werden können. Dadurch kann der Fahrer unmittelbar nach Ankunft an der Anlage die Positionierung verzögerungsfrei starten. Das Gesamtsystem wurde prototypisch bei einem Taxiunternehmen in Mülheim a. d. R. (Auto Stephany GmbH (2012) Auto Stephany GmbH – Taxi Dienstleistungen. Abgerufen am 04. 08. 2022 von https://​taxi-stephany.​de/​) in Betrieb genommen und über mehrere Monate iterativ optimiert. Während dieser Zeit wurden wertvolle Erfahrungen gesammelt, die dazu beigetragen haben, dass sowohl das Positionierungssystem als auch die Fahrerleitanwendung stetig verbessert wurden. Nach Abschluss der Optimierungen konnte das entwickelte System erfolgreich als Bestandteil der Pilotanlage in Köln mit mehreren Ladeplätzen eingesetzt werden. Da die Pilotanlage in Köln im öffentlichen Raum betrieben wird, müssen die Persönlichkeitsrechte einzelner Personen beachtet werden. Eine explizite Einwilligung in die Datenverarbeitung durch die Betroffenen ist jedoch nicht praktikabel. Daher wurde eine automatisierte Verschleierung eingesetzt, welche personenbezogene Daten wie Kennzeichen und Gesichter aus den Kamerabildern entfernt, um eine Verarbeitung zu vermeiden.

Im Projekt TALAKO wurde das induktive Laden für Taxis im öffentlichen Raum entwickelt und realisiert. In diesem Zusammenhang ist eine garantierte Sicherstellung der elektromagnetischen Umweltverträglichkeit (EMVU) unerlässlich, damit das entwickelte System keine gesundheitliche Gefahr für Menschen und Tiere darstellt. Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Untersuchung der bei der induktiven Energieübertragung für Taxis im öffentlichen Raum erzeugten körperdurchdringenden Magnetfelder mittels numerischer Simulationsmethoden. Darüber hinaus werden die Analysen durch Feldmessungen validiert.

Dieser Beitrag zeigt, wie das im Projekt TALAKO entwickelte induktive Ladekonzept durch die beteiligten Stakeholder in einem neuartigen Partnernetzwerk (Ecosystem) implementiert und skaliert werden kann. Er skizziert eine Blaupause für ein minimal lebensfähiges Ecosystems zur induktiven Taxiladung, mit fünf Bausteinen: (1) einem auf Kundeninformationen basierenden übergeordneten Nutzenversprechen, (2) einer digitalen Transaktionsplattform, (3) einem Betriebsmodell als Abbildung der Wertelemente, ihrer Organisation und Wertströme, (4) Governance Mechanismen, die Regeln, Rollen und Vorschriften festlegen und (5) Werttreibern als Basis für eine gemeinsame Wertschaffung.

Im Laufe der letzten 100 Jahre haben sich Taxis von Pferdekutschen über Benzin- und Dieselautos bis hin zu batterieelektrischen Fahrzeugen gewandelt. Angesichts der immer dichter besiedelten Städte und der wachsenden Weltbevölkerung wird die Rolle des Taxis für die Gesellschaft immer wichtiger. Daneben gibt es steigende Herausforderungen bei der Reduzierung der CO₂-Emissionen und der fehlenden Ladeinfrastruktur für Elektrofahrzeuge.

Nicht über Benzin- und Dieselpreise jammern, sondern aktiv Zukunft gestalten – Das wollen wir vom Bundesverband Taxi und Mietwagen e. V. herausstellen. Umso wichtiger ist es folglich, die Zeichen der Zeit zu erkennen und rechtzeitig die Droschken umzusatteln. Aus diesen Überlegungen heraus ist der Ausstieg aus den fossilen Antriebstechniken für uns eine der Hauptaufgaben, die es zu bewerkstelligen gilt. Verschiedenste Ansätze von Antriebstechniken standen und stehen diesbezüglich zur Diskussion. Realistisch ist nach aktuellem Stand der Forschung, dass sich die Elektromobilität, bei allen Nachteilen, an denen es zu arbeiten gilt, durchsetzen wird. Aus diesem Grund hat sich der Bundesverband Taxi und Mietwagen e. V. hingesetzt und sich Gedanken darüber gemacht, wie die Elektrifizierung der Taxiflotte gelingen kann. Die Ziele sind ambitioniert, jedoch nicht unerreichbar. Wir werden im Folgenden skizzieren, wie der Umstieg von 80 % aller Taxis bis zum Jahr 2030 gelingen kann, wenn politische Unterstützung auf diesem Weg nicht ausbleibt. Denn die Vielfältigkeit an Autos, klein- und mittelständischen Unternehmen und der Aufbau einer gigantischen Ladeinfrastruktur, stellen uns vor nicht unerhebliche Herausforderungen.

Dieses Kapitel bietet eine Zusammenfassung der einzelnen Kapitel dieses Buches zum Projekt Talako, in dem eine induktive Taxilösung für den öffentlichen Raum entwickelt, in der Stadt Köln implementiert und getestet wurde.