Modeling, validation and implementation of energy demand of electric buses for local public transport

In recent years, a focused attention towards the transformation of conventional fleets in Local Public Transport (LPT) to fully electric fleets have gained momentum, instilled by awareness about the environmental concerns and significant trend of urbanization. Public Transport Operators (PTOs) in major cities all over the world have engaged themselves in bringing about this change. An efficient electrification process is still a challenge for most PTOs. This thesis proposes a Simulink energy demand model of electric buses to help the PTOs in electrification process planning. The real drive cycles of currently in-use electric buses are utilized to simulate the energy demand characteristics and battery state of charge (SOC). The results are then used to make informed decisions about the vehicle schedule and charging infrastructure. The proposed model is implemented to the case study of Milan, where a particular bus line of LPT is considered. Real-time collected local data is used for the simulation model and discharge energy, regenerated energy and battery SOC are computed for different service scenarios. The simulated results are then validated with the real data of LPT in Milan. After implementing the proposed model for daily services of LPT, an improvement in vehicle scheduling and opportunity charging solutions are proposed maintaining the current timetable.

Negli ultimi anni il tema dell’elettrificazione di autobus convenzionali in autobus completamente elettrici per il Trasporto Pubblico Locale (TPL) sta acquisendo sempre più importanza, favorito dall’aumento della consapevolezza riguardo tematiche come l’ambiente e l’urbanizzazione. Diversi Operatori del Trasporto Pubblico (OTP) nelle più grandi città si stanno ponendo come pionieri di questo nuovo trend, tuttavia trovare un efficiente processo di elettrificazione rientra ancora nelle più grandi sfide che gli OTP devono fronteggiare in questo ambito. La seguente tesi propone una simulazione di un modello di richiesta energetica per i veicoli, effettuato in Simulink, da utilizzare come supporto dagli OTP per processo di elettrificazione degli autobus. Sono dunque utilizzati cicli guida ottenuti da veicoli elettrici attualmente in uso per simulare la richiesta di energia caratteristica degli autobus insieme al loro livello di carica. I risultati dell’analisi vengono successivamente utilizzati per prendere decisioni riguardo la programmazione dell’orario delle corse dei veicoli e dell’infrastruttura di ricarica. Il modello proposto è stato utilizzato per analizzare un caso specifico per la città di Milano, per la quale è stata presa in considerazione una determinata linea di autobus del Trasporto Pubblico Locale. Per definire il modello di simulazione e il modello di consumo della batteria è stata utilizzata l’acquisizione di dati in tempo reale, mentre l’energia rigenerata e il livello di carica della batteria sono stati calcolati per diversi scenari di servizio degli autobus. I risultati della simulazione sono infine messi a confronto con i dati reali del TPL di Milano. Dopo aver introdotto il modello proposto per il servizio giornaliero del TPL, vengono ulteriormente proposti un miglioramento nell’organizzazione degli autobus e la possibilità di ricaricare i veicoli in specifici punti lungo il percorso mantenendo inalterata la tabella degli orari utilizzata attualmente.