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Elektromobilität: Intelligente Software für emissionsfreie Busflotten

24.07.2019 - Energie, Künstliche Intelligenz, Verkehr

Der Bedarf an intelligenten Softwarekonzepten zur Unterstützung der Elektromobilität wächst auch im ÖPNV. Quelle: petovarga/Shutterstock.com
Der Bedarf an intelligenten Softwarekonzepten zur Unterstützung der Elektromobilität wächst auch im ÖPNV. Quelle: petovarga/Shutterstock.com

Laut Experten sind aktuell noch rund 22.000 Dieselbusse in deutschen Städten unterwegs. Aber es werden täglich weniger. Denn immer mehr Städte und Kommunen investieren verstärkt in Busse mit alternativen, emissionsfreien Antrieben und streben vollständig „grüne Flotten“ an. Unterstützt wird diese Entwicklung nicht zuletzt durch die Bereitstellung von intelligenten Softwarekonzepten, welche die neuen Zusammenhänge und Prozesse zwischen Ladelogistik, Dispositionssteuerung und Umlaufplanung berücksichtigen und steuern.

Aktuell testen 45 deutsche Städte Elektrobusse mit dem langfristigen Ziel, die Fahrzeugflotten nicht nur flächendeckend, sondern auch wirtschaftlich zu betreiben. Nach wie vor bestehen hier allerdings Vorbehalte hinsichtlich der Wirtschaftlichkeit, Reichweite und Ladeinfrastruktur für einen großflächigen Verbundbetrieb.

Fest steht: Unternehmen, die zukünftig auf alternative Antriebe setzen, stehen vor großen Herausforderungen. Um den Sprung in Richtung Elektromobilität erfolgreich zu meistern, bedarf es neben der Anpassung der betrieblichen Abläufe, begleitend auch der erforderlichen IT-Systeme.

IT-Systeme als Treiber für emissionsfreies Fahren

Intelligente IT-Systeme können zukünftig sogar zum Treiber für den Einsatz emissionsfreier Fahrzeuge werden. Schon heute können sie die teilweise fehlende Reife vieler alternativer Antriebstechnologien durch entsprechende Steuerung der betrieblichen Abläufe intelligent ausgleichen.

Als Vorreiter auf diesem Gebiet hat die PSI Transcom ihr Betriebshof-Management-System für emissionsfreie Flotten weiter entwickelt, welches bereits erfolgreich im Einsatz ist.

Plug-in-Ladebuchse am Solaris. Quelle: HOCHBAHN
Plug-in-Ladebuchse am Solaris. Quelle: HOCHBAHN

Das System berücksichtigt nicht nur die erforderlichen Zusammenhänge der verschiedenen Antriebsarten. Da das Umrüsten einer Flotte in der Regel nur Schritt für Schritt erfolgen kann, entwickelt sich die Integration unterschiedlicher Antriebsarten zu einem durchaus realistischen Szenario. Daher unterstützt das System sowohl einen Parallelbetrieb während der Migration als auch einen denkbaren, zukünftigen Mischbetrieb von Flotten mit verschiedenen Antriebsarten.

Eine Frage des richtigen Ladens

Eine weitere Entscheidung, die mit den grünen Flotten einhergeht, ist die Frage des richtigen Ladens bei E-Bussen, da dieses Auswirkungen auf die steuernden Softwaresysteme hat.

Unterschieden wird zwischen einem Laden im Depot – das sogenannte „Overnight Charging“ und dem „Opportunity Charging“ entlang der Strecke. 

Bei einer wachsenden Flotte mit Elektrobussen und einem großen Streckennetz ist das „Overnight Charging“ besonders effizient. In diesem Fall beschränken sich die baulichen Maßnahmen lediglich auf die Depots, während die gesamte städtische Infrastruktur unangetastet bleibt.

Vorteile von „Overnight Charging“

  • Keine Einschränkungen für die Bürger im Alltag
  • Keine umfassenden und zeitaufwendigen Baumaßnahmen im Straßenverkehr
  • keine Genehmigungen für Aufstellflächen erforderlich
  • Spürbar weniger Kosten für Unternehmen
  • Das Laden der gesamten Flotte kann zentral gesteuert und gemanagt werden

Sicherheit und Effizienz im Fokus

Darüber hinaus spielen natürlich auch Sicherheitsaspekte eine zentrale Rolle. Bei Wasserstoffflotten noch mehr als bei Elektrobussen, denn für deren wirtschaftliche Versorgung werden große Tanks benötigt, die nicht so einfach über eine Stadt verteilt werden können. Selbst zentrale Depots sind hier risikobeladen. Zudem ist die notwendige Stromversorgung für die einzelnen Ladestationen entlang des gesamten Streckennetzes nur in den wenigsten Städten gegeben – ganz zu schweigen von ländlichen Regionen.

Beim Depotladen hingegen kann das Laden der gesamten Flotte zentral gesteuert und der Energiebezug intelligent gemanagt werden. Das bedeutet einen weiteren, entscheidenden Kostenvorteil.

Garant für Pünktlichkeit: Batteriekapazitäten richtig berechnen

Betriebshofmanagementsysteme müssen künftig also vor allem die Zusammenhänge zwischen Ladezustand der Fahrzeuge bzw. den Restreichweiten sowie den noch fahrbaren Umläufen berücksichtigen und zwar völlig unabhängig vom Overnight- oder Opportunity-Charging.

Das PSItraffic/E-BMS überprüft kontinuierlich sowie automatisch, welche Fahrzeuge auf dem Betriebshof nach wie vielen Minuten Ladezeit am besten zu welchen offenen Umläufen passen. Dafür senden die Fahrzeuge kontinuierlich die entsprechenden Zustandsdaten an einen Server. Anwendbar ist diese Logik für jede Antriebsart. In diesem Zusammenhang sorgt das sogenannte Lade- und Lastmanagement (LMS) für eine optimale Ladestrategie.

Lademanagement und Lastmanagement: Die Vorteile auf einen Blick

  • Vorgabe der zum Laden benötigten Fahrzeuge durch Umlaufplanung
  • Steuerung des Ladens anhand des prognostizierten Energiebedarfs
  • Überwachung und Anzeige aller Ladevorgänge
  • Bedarfsgerechte Zuordnung der Fahrzeuge zu den Ladesäulen
  • Bedarfsgerechtes und netzdienliches Laden
  • Bedarfsgerechte Aufteilung der verfügbaren Anschlussleistung
  • Berücksichtigung anstehender Werkstattaufträge

Lade- und Lastmanagementsysteme sind unerlässlich, damit nicht alle Fahrzeuge gleichzeitig und – im Falle von elektrobetrieben Fahrzeugen – auch nicht ohne Bedarf bis zu ihrer vollen Batteriekapazität geladen werden. Hier greifen einerseits die beschriebenen Automatismen, wie der kontinuierliche Abgleich von Ladezustand und Restreichweite mit den offenen Umläufen. Auf der anderen Seite wird die Menge der vom Stromnetz zur Verfügung stellbaren Energie erfasst.

Nicht jeder Bus braucht eine eigene Ladestation. So lässt sich die vorhandene Lade-Hardware budgetschonend einsetzen und die verfügbaren Kapazitäten und Ressourcen optimal nutzen.

Energiebedarf voraussagen dank intelligenter Technologie

Damit Ladesäulen durch ein Lademanagement zweckorientiert und automatisch angesteuert werden können, bedarf es eines Systems, dass nicht nur mit dem aktuellen Status, sondern mit zusätzlichen Vorhersagen arbeitet.

In diesem Rahmen prognostiziert zum Beispiel das PSItraffic/E-BMS den gesamten Energiebedarf zum Laden der Fahrzeugflotte über den Tag. Hierfür kommen auch Methoden der Künstlichen Intelligenz zum Einsatz. Der Energiebedarf wird heuristisch errechnet, in dem nicht nur auf die fixen Stammdaten der einzelnen Fahrzeuge zurückgegriffen wird, sondern auch gesammelte Ist-Werte mit berücksichtigt werden. Einflussfaktoren wie Außentemperatur, Batterieart, Batteriealter werden ebenfalls in die Prognose einbezogen, da sie die Ladekapazitäten beeinflussen.

Überwachung und Steuerung der Ladeinfrastruktur im Smart-Power-Modul. Quelle: PSI AG
Überwachung und Steuerung der Ladeinfrastruktur im Smart-Power-Modul. Quelle: PSI AG

Auf Basis aller Informationen kann eine sinnvolle Ladestrategie entwickelt werden, die u. a. Aussagen zur Zahl der Umläufe bei einer bestimmten zu erwartenden Tagesmindesttemperatur zulassen. Zudem ist es möglich Hochrechnungen aufzustellen, wie viel Energie im Laufe des nächsten Tages benötigt wird, wie und wann geladen werden sollte und wann welche Fahrzeuge einsatzbereit sind.

Auf diese Weise entstehen optimierte Ladekonzepte, die auf den aktuell verfügbaren Stromnetzkapazitäten aufbauen. Auch langfristig ist die Nutzung von Daten zu Kosten und Kapazitäten am Energiemarkt in solchen Rechnungen denkbar. Fest steht, dass sich Unternehmen des ÖPNV kontinuierlich im Wandel befinden. Zeit für Zweifel oder das Warten auf ausgereifte Antriebstechnologien bleibt dank aktueller "Clean Vehicle Direktive" der EU kaum.

Bereits aktuell sind zahlreiche Dienstleistungen rund um das vernetzte Fahren sowie die Bereitstellung und Nutzung von intelligenten Ladeinfrastrukturen für Elektromobilität sehr gefragt. Umso wertvoller werden demzufolge IT-Systeme, die durch intelligente Automatismen und Logiken einen reibungslosen Übergang in Richtung emissionsfreies Fahren ermöglichen. Entsprechende Systeme stehen bereits zur Verfügung, deren Praxistauglichkeit belegen erste Projekte.

Weitere Informationen zum Depot- und Lademanagement für Elektrobusse

Eric Nöh

Leiter Vertrieb ÖPNV PSI Transcom GmbH
Telefon: +49 30 2801-1680

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