Forscher untersuchen Energieverbrauch und Batterienutzung in E-Busflotten

In einer Studie hat das Fraunhofer-Institut für Verkehrs- und Infrastruktursysteme IVI den Energieverbrauch und das Ladeverhalten einer städtischen Elektrobusflotte über einen Zeitraum von mehr als zwei Jahren ausgewertet. Die Untersuchung zeigt: Mit gezielten Anpassungen in Betrieb und Lade­management lassen sich Energieverbrauch reduzieren, Batterien länger nutzen und CO₂-Emissionen deutlich senken – und das ohne tiefgreifende Änderungen im Betriebsablauf.

Auf der Basis von realen Betriebsdaten präsentieren die Forscher eine Analyse des Energieverbrauchs von E-Bussen in Abhängigkeit von der Außentemperatur und der durchschnittlichen Fahrgeschwindigkeit. „Für typische urbane Umläufe konnten klare Referenzwerte abgeleitet werden“, erklären die Studienautoren. „Diese Kennzahlen bieten Verkehrsunternehmen eine zuverlässige Grundlage, um Reichweiten zuverlässig zu prognostizieren, Umläufe realistisch zu planen und Ladefenster besser zu timen.“

Um darüber hinaus Empfehlungen für eine batteriefreundliche Nutzung abzuleiten, standen das State-of-Charge-Fenster (SOC) während des Betriebs und in Stillstandsphasen sowie die Ladeleistung im Fokus. „Das Lade- und Batteriemanagement bietet entscheidendes Optimierungspotenzial: Werden die Busse nicht permanent im Bereich von 95-100 Prozent Ladezustand (State of Charge, SOC) gehalten, sondern in einem um rund 20 Prozentpunkten abgesenkten SOC-Fenster betrieben, lässt sich die Alterung der Batterie erheblich verlangsamen“, so die Studie.

Intelligentes Depotladen verlängert Batterielebensdauer

Ein noch größerer Effekt entstehe, wenn intelligentes Depotladen umgesetzt wird: Die Busse sollten erst kurz vor ihrem nächsten Einsatz auf volle Kapazität geladen werden, statt lange im vollgeladenen Zustand abgestellt zu sein. Simulationen zeigten, dass sich die Batterielebensdauer dadurch von etwa 11 auf bis zu 16 Jahre verlängern lässt – ohne nennenswerte Verzögerungen im Betrieb.

Für eine praxisgerechte Umsetzung empfiehlt das Forschungsteam den Einsatz von 90-Prozent-Perzentil-Verbrauchskurven. Diese bildeten nicht nur Durchschnittswerte ab, sondern berücksichtigen auch Spitzenlasten bei ungünstigen Bedingungen. Damit ließen sich Lade- und Einsatzpläne temperatur- und geschwindigkeitsabhängig anpassen und so Energieeffizienz, Zuverlässigkeit und Batterielebensdauer gezielt steuern.

Die Ergebnisse basieren auf Langzeit-Monitoringdaten einer städtischen E-Busflotte im Realbetrieb. „Verkehrsunternehmen erhalten damit keine theoretischen Modellierungen, sondern belastbare, feldgetestete Handlungsempfehlungen. Das macht die Resultate direkt anwendbar – sowohl bei der Optimierung bestehender Flotten als auch bei der Planung neuer Infrastruktur“, heißt es.

Da die angegebenen Werte als umlaufspezifische Energieverbräuche für städtische Fahrzyklen zu verstehen seien, ergäben sich weitere Untersuchungs- und Validierungsmöglichkeiten mit unterschiedlichen Einsatzprofilen – zum Beispiel bei Überlandlinien oder in der Logistik.