Die Macht der Echtzeitdaten: Intelligente Dispositionssysteme gleichen fehlende Reife aus

24.06.2020 - Technologie, Verkehr, Energie, Nachhaltigkeit

Der emissionsfreie ÖPNV ist das erklärte Ziel vieler Verkehrsunternehmen. Insbesondere die Umstellung dieselbetriebener Busflotten auf Elektro-Busse ist inzwischen vielerorts erfolgreich umgesetzt worden. Neben dem Austausch vorhandener Fahrzeuge und dem Aufbau neuer Infrastrukturen, muss vor allem die Anpassung betrieblicher Abläufe und die Einführung neuer Technologien berücksichtigt werden. Dispositionssysteme bieten technisch bereits alle Möglichkeiten und gleichen gemeinsam mit flankierenden IT-Lösungen die fehlende Reife neuer Antriebe intelligent aus. Ihr volles Potenzial ist dennoch nicht ausgeschöpft. Was fehlt, sind vor allem Echtzeitdaten aus den Fahrzeugen.

Die Anzahl der städtischen Verkehrsbetriebe, die sich entschließt, E-Busse zu testen und in ihr öffentliches Nahverkehrsnetz einzubinden, nimmt kontinuierlich zu. Diese Umstellung erfolgt in kleinen Schritten. Dies liegt zum einem daran, dass noch nicht alle Fahrzeughersteller große Stückzahlen an E-Bussen auf einmal liefern können, zum anderen sind die technischen Innovationen aktuell sehr hoch, so dass die Verkehrsbetriebe noch versuchen, das Risiko bei der Einführung neuer Technologien zu minimieren.

Entwicklung neuer Gesamtsysteme

Das bedeutet, dass die Unternehmen bis zum vollständigen Austausch zu einem parallelen Betrieb der alten und neuen Fahrzeuge sowie der zugehörigen Systeme gezwungen sind. Sie sind gefordert, ein neues Gesamtsystem aus leistungsfähiger Ladeinfrastruktur inklusive Stromversorgung und intelligentem Management aufzubauen. Dazu zählt auch die Einführung leistungsfähiger IT-Systeme, welche die komplexen Zusammenhänge zwischen Ladeplanung, Dispositionssteuerung und Umlaufplanung berücksichtigen und sich auch in vorhandene Infrastrukturen einfügen lassen.

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Ein wesentlicher Faktor im Umfeld von E-Bus-Flotten ist zudem der Einsatz unterschiedlicher Fahrzeug- und Batterietypen. Denn mit ihnen ergeben sich unterschiedliche Faktoren, die bei der Disposition zu berücksichtigen sind. Da im Grunde jedes Fahrzeug ein Unikat ist, müssen seine Spezifika mit in die Planung des Ladevorganges (wie bspw. die optimale Ladespannung, das notwendige Balancing und maximaler Ladezustand), der Disposition und in die Berechnung der möglichen, maximalen Reichweiten einfließen.

Zudem werden in der Disposition mitunter verschieden gewichtete Relevanzen von äußeren Einflussfaktoren (z. B. Alterung, Wetter) auf das jeweilige Fahrzeug spezifisch berücksichtigt.

Ein intelligentes Lademanagement sorgt in direktem Austausch mit dem Depot Management System dafür, dass Elektrobusse rechtzeitig für ihre vorgesehenen Umläufe geladen werden. Quelle: PSI

Der Ladezustand einer Batterie bestimmt schließlich die noch verbleibende Reichweite eines Fahrzeugs und damit den Umlauf, dem ein Bus zugeordnet werden kann. Steuerungssysteme müssen in der Konsequenz in der Lage sein, kontinuierlich zu überprüfen, welche Fahrzeuge am besten zu welchen offenen Umläufen passen. Dazu zählt auch, dass E-Busse nicht immer permanent oder bis zur vollen Batteriekapazität geladen werden müssen.

Diese Planung ist nicht zuletzt die Grundlage für eine optimale Platzierung der Fahrzeuge im Betriebshof.

Höheres Potenzial durch ausreichend Echtzeitdaten

Dispositionssysteme, die Ladeplanung und Umlaufplanung in Einklang bringen, stehen nicht nur schon zur Verfügung, sondern sind bereits erfolgreich im Einsatz. Das Depot- und Lademanagement-System PSIebus bspw. steuert bei der Hamburger Hochbahn den Parallelbetrieb von E- und Dieselbussen. Dabei ist das System gehalten, E-Busse mit Priorität einzusetzen. Diese werden täglich mit einer Ladeleistung von etwa fünf Megawatt geladen.

Seit Oktober 2019 steuert PSIebus die neue E-Bus-Flotte der HOCHBAHN. Quelle: PSI

Zudem erfolgt eine auf die passenden Umläufe und entsprechend der aktuellen Restreichweite bedarfsgerechte Vorkonditionierung der Fahrzeuge. Nicht zuletzt berücksichtigt das System automatisch die anstehenden, täglichen Reinigungs- sowie bei Bedarf Wartungsarbeiten in der Ladeplanung und Umlaufdisposition.

Fakt ist aber auch: Noch ist das Potenzial der intelligenten IT-Systeme nicht völlig ausschöpfbar.

Denn hierfür bedarf es ausreichender Echtzeitdaten aus den Fahrzeugen, welche manche Hersteller per se noch nicht im kompletten Umfang zur Verfügung stellen. Sinnvoll wären bspw. Standardschnittstellen zu den Batteriemanagementsystemen. Auf diese Weise könnten neben den aktuellen Ladezuständen auch altersbedingte Minderleistungen der Batterien ausgelesen und noch präzisere und effizientere Berechnungen und Prognosen der möglichen Restreichweite erfolgen. Um dieses Defizit auszugleichen, nutzt bspw. PSIebus einen eigens entwickelten Algorithmus, um aktuell insbesondere die Batteriealterung in der Kalkulation der möglichen Restreichweite zu berücksichtigen und Prognosen zu präzisieren.

Mittels KI ist dies ein selbstlernender Algorithmus, der auf Basis der real geschafften Fahrleistungen sich selbst überprüft und verbessert. Somit trägt er dazu bei, die Fahrzeuge optimal einzusetzen, das heißt, sie entsprechend der Fahrzeugspezifika auf die größtmöglichen Umläufe zu disponieren.

Die zu erwartenden Temperaturen – ein weiterer, wesentlicher Einflussfaktor für den zu erwartenden Energieverbrauch – kalkulieren intelligente Systeme bereits im Prognosealgorithmus mit ein und konditionieren Fahrzeuge bedarfsgerecht für den nächsten Umlauf.

Vorteile von PSIebus auf einen Blick

Kombinierte Lösung für Fahrzeugdisposition und Lademanagement mit modularem Aufbau aus einer Hand
100% Verfügbarkeit der Fahrzeuge im täglichen Betrieb
Einsparungen bei Netzentgelten durch Smart Grid-Betrieb und netzdienliches Laden
Reduzierung und optimierte Ausnutzung der Ladeinfrastruktur
Herstellerunabhängigkeit durch Unterstützung diverser Ladesäulen und Busse
Optimierung aufgrund vieler Freiheitsgrade
Systembetrieb in der Cloud
Zukünftig Unterstützung von Vehicle-to-Grid

Auf einem guten Weg

Der Start in die Elektromobilität ist bereits geschafft. Immer mehr Flotten werden Schritt für Schritt ausgetauscht und neue in bestehende IT-Lösungen integriert. Dabei kommen den Verkehrsbetrieben bereits technisch ausgereifte Dispositionssysteme zu Gute. Sie sorgen nicht nur für einen effizienten und sicheren E-Bus-Betrieb, sondern gleichen auch manch aktuelles Defizit der unausgereiften, neuen Antriebstechnologien aus. Stellen Fahrzeughersteller zudem künftig Standardschnittstellen bereit, welche die stationären Systeme mit Echtzeitdaten versorgen, können Projektstrukturen vereinfacht und der Betrieb noch effizienter gestaltet werden.

Erfahren Sie mehr zum Thema Depot- und Lademanagement für Elektrobusse.