Elektrische bussen: goed nieuws voor het klimaat. Maar het kan beter

Net als elektrische personenauto's worden elektrische bussen aangedreven door een of meer elektromotoren, die energie krijgen van een grote batterij aan boord van het voertuig. Hoe ver de bus kan rijden, het rijbereik, hangt af van twee factoren: de capaciteit van de batterij en het energieverbruik van het voertuig.

Omdat het niet eenvoudig is de energiecapaciteit van een elektrische bus groter te maken (batterijen zijn groot en zwaar), hebben deze bussen een kleiner rijbereik dan conventionele dieselbussen. “Bovendien varieert het rijbereik nogal, afhankelijk van het voertuig, de weg, het verkeer en het weer”, legt Camiel Beckers uit. Beckers is onderzoeker bij de vakgroep Dynamics and Control van de faculteit Mechanical Engineering van de TU/e.

“Dat is niet alleen lastig voor de individuele chauffeur, omdat hij of zij niet weet hoe lang de bus nog kan rijden, ook de mensen die de planning maken, vinden dat vervelend. Zij moeten voor de zekerheid vaak meer bussen klaarzetten dan er in de praktijk nodig zijn, wat natuurlijk niet echt efficiënt is.”

Slippen en inveren

De jonge onderzoeker heeft daarom een tool ontwikkeld om het energieverbruik van elektrische autobussen in detail te voorspellen. “Mijn tool houdt niet alleen rekening met route-informatie, zoals de toegestane maximumsnelheid, maar ook met actuele weersgegevens en de helling van de weg.”

De voorspelling berust voornamelijk op natuurkundige modellen die de voertuigdynamica van de bussen simuleren. Denk aan de rolweerstand van de wielen, de luchtweerstand en de verliezen die optreden bij de aandrijving van de wielen. “Deze modellen hebben we vervolgens verrijkt met actuele gegevens over het weer en informatie over de route, zoals de locatie van stoplichten”, zegt Beckers.

De onderzoeker heeft zijn model getest met elektrische stadsbussen van VDL, die worden gebruikt in de gemeente Eindhoven. “Daaruit bleek onder meer dat het nemen van bochten flink wat energie kost, tot wel 5 procent van het verbruik van de aandrijflijn. Dat komt omdat de banden dan extra slippen. Ook bleek dat de ophanging van de bussen tijdens het rijden over oneffen wegdek extra energie verbruikt. Dat kost bij ruwe wegen tot wel 13 procent van het gemiddelde energieverbruik in stadsbussen.”

Online learning

Het mooie van Beckers’ werk is dat zijn modellen steeds slimmer worden. “Door gebruik te maken van zogenaamde recursieve parameterschattingsmethodes (online learning), worden mijn modellen automatisch beter wanneer er nieuwe data beschikbaar komen.”

Uiteindelijk wist Beckers met een foutmarge van maar 10 procent te voorspellen hoeveel energie een bepaalde bus op een bepaalde route zou gebruiken. “Hieruit kan je, in combinatie met bestaande accumodellen, vervolgens ook het precieze rijbereik voorspellen.”

Dynamische planning

Beckers, die na zijn promotie aan de slag gaat bij TNO, hoopt dat zijn modellen vooral van pas zullen komen bij het dynamisch plannen van bussen. “Nu is het nog zo dat bussen al maanden van tevoren worden ingepland, wat niet altijd efficiënt is. In de toekomst kan dat veel later, een week van tevoren, of zelfs een dag ervoor. Dat heeft natuurlijk allerlei voordelen, zoals efficiëntie en flexibiliteit.”

De onderzoeker ziet ook toepassingen voor personenauto’s, zolang de route maar redelijk voorspelbaar is. “Denk aan forenzen die elke dag dezelfde route afleggen naar hun werk. Die zijn natuurlijk ook gebaat met wat minder range anxiety.”

Meer info

Camiel Beckers, Energy Consumption Prediction for Electric City Buses: Using Physics-Based Principles, begeleiders: Henk Nijmeijer en Igo Besselink