Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung des Ladens und/oder Entladens von Akkumulatoren einer Flotte von Schienenfahrzeugen.

Insbesondere auf nicht elektrifizierten Eisenbahnstrecken kommen Schienenfahrzeuge zum Einsatz, die über Akkumulatoren verfügen, die einen fahrleitungsunabhängigen Betrieb des Schienenfahrzeugs über einen bestimmten Zeitraum ermöglichen. Derartige Schienenfahrzeuge werden auch batterieelektrische Schienenfahrzeuge oder kurz auch Akkutriebwagen bezeichnet. Sie kommen insbesondere im Personenverkehr zum Einsatz und ersetzen dort vorzugsweise mit Dieselmotoren angetriebene Fahrzeuge-

Auf elektrifizierten Strecken werden derartige Schienenfahrzeuge wie herkömmliche elektrische Triebwagenzüge betrieben. D. h., die elektrischen Antriebe der Schienenfahrzeuge werden aus einem elektrischen Energieversorgungsnetz mit Energie versorgt. Die Versorgung der einzelnen Schienenfahrzeuge erfolgt dabei insbesondere über den Fahrdraht. Über diesen erfolgt vorzugsweise auch die Ladung der Akkumulatoren. Dies bringt grundsätzlich den Vorteil mit sich, dass die Akkumulatoren des jeweiligen Schienenfahrzeugs auch während dessen Betrieb aufgeladen werden können, soweit sich das Fahrzeug auf elektrifizierten Strecken befindet. „Ladepausen“, wie sie beispielsweise bei elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugen regelmäßig notwendig werden, spielen daher im Betrieb derartiger Schienenfahrzeuge regelmäßig keine Rolle. Bei dem Betrieb eines derartigen Schienenfahrzeugs stellen die Kosten für die elektrische Energie einen nicht unerheblichen Teil der Betriebskosten dar. Aufgrund der vergleichsweisen guten Planbarkeit des Einsatzes eines derartigen Schienenfahrzeugs einerseits und den schwankenden Preisen für elektrische Energie andererseits hat es bereits in der Vergangenheit Überlegungen gegeben, das Laden und/oder Entladen der Akkumulatoren derartiger Schienenfahrzeuge derart zu steuern, dass insgesamt ein wirtschaftlicherer Betrieb ermöglicht wird. Ein entsprechendes Verfahren ist beispielsweise in der DE 10 201 1 121 162 A1 offenbart.

In der Praxis spielen derartige Verfahren jedoch bisher noch keine Rolle. Die Gründe können insbesondere dafür gesehen werden, dass die hohen Schwankungen der Arbeitspreise, wie sie insbesondere an den Energiebörsen zu beobachten sind, oftmals nicht in dieser Form an die Abnehmer weitergegeben werden. Deren Kosten für elektrische Energie hängen vielmehr von zuvor ausgehandelten Preisen ab. Diese setzen sich üblicherweise aus einer Mehrzahl Bestandteile zusammen, insbesondere einem Preis für die Menge der bezogenen elektrischen Energie, dem sogenannten Arbeitspreis, und der abgerufenen Leistung, dem sogenannten Leistungspreis.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Steuerung des Ladens und/oder Entladens von Akkumulatoren von Schienenfahrzeugen aufzuzeigen, dass einen wirtschaftlicheren Betrieb der Schienenfahrzeuge ermöglicht.

Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Steuerung des Ladens und/oder Entladens von Akkumulatoren einer Flotte von Schienenfahrzeugen mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1. Die Merkmale der abhängigen Ansprüche betreffen vorteilhafte Ausführungsformen.

Das Verfahren zur Steuerung des Ladens und/oder Entladens von Akkumulatoren einer Flotte von Schienenfahrzeugen sieht vor, dass die Flotte eine Mehrzahl von Schienenfahrzeugen aufweist, die mit elektrischer Energie versorgt wird, wobei die elektrische Energie von einem Energieversorger bezogen wird.

Dabei kann das Verfahren vorsehen, dass die elektrische Energie über ein Energieversorgungsnetz zur Versorgung der Schienenfahrzeuge mit elektrischer Energie auf die Schienenfahrzeuge verteilt wird.

Es verfügt zumindest ein Teil der Schienenfahrzeuge der Flotte über Akkumulatoren, die einen fahrleitungsunabhängigen Betrieb des jeweiligen Schienenfahrzeugs über einen bestimmten Zeitraum ermöglichen.

Das Verfahren sieht nun vor, dass das Laden und/oder Entladen der Akkumulatoren der einzelnen Schienenfahrzeuge durch eine gemeinsame übergeordnete Steuerung gesteuert wird.

Das Verfahren sieht dabei insbesondere vor, dass das Laden und/oder Entladen der Akkumulatoren der einzelnen Schienenfahrzeuge unabhängig voneinander erfolgen kann, d. h., es ist insbesondere möglich, dass die Akkumulatoren einzelner Schienenfahrzeuge geladen werden, während die Akkumulatoren anderer Schienenfahrzeuge entladen werden. Das Entladen der Akkumulatoren kann hierbei zum Betrieb des jeweiligen Schienenfahrzeugs und/oder zur Rückspeisung der elektrischen Energie in das Energieversorgungsnetz erfolgen. Das Laden der Akkumulatoren kann aus dem Energieversorgungsnetz und/oder durch die Rekuperation elektrischer Energie, insbesondere beim Verzögern der Schienenfahrzeuge, erfolgen.

Bei der gemeinsamen übergeordneten Steuerung kann es sich um eine physische Steuerungseinrichtung handeln. Diese weist insbesondere einen Computer auf, der zur Ausführung einer Steuerungssoftware eingerichtet ist. Die Steuerungssoftware ist insbesondere dazu ausgebildet, das in Rede stehende Verfahren zur Steuerung des Ladens und/oder Entladens der Akkumulatoren auszuführen, wenn sie auf dem Computer der Steuerungs- einrichtung ausgeführt wird. Alternativ und/oder ergänzend kann das Verfahren auch vorsehen, dass die übergeordnete Steuerung durch eine Mehrzahl mittels Datenverbindungen miteinander vernetzter physischer Steuerungseinrichtungen realisiert ist. In diesem Fall können insbesondere die einzelnen Steuerungseinrichtungen über entsprechende Computer mit entsprechender Software verfügen. Unter Computern sind in diesem Zusammenhang insbesondere Geräte, die mittels programmierbarer Rechenvorschriften Daten verarbeiten im weitesten Sinne zu verstehen. Dies schließt insbesondere integrierte Kleinstcomputer, sogenannte eingebettete Systeme, mit ein, die insbesondere Bestandteil der einzelnen Schienenfahrzeuge sein können.

Das Verfahren sieht vor, dass die Steuerung des Ladens und/oder Entladens der Akkumulatoren in Abhängigkeit von einem Gesamtleistungsbedarf, der für den Betrieb sämtlicher Schienenfahrzeuge ohne Nutzung der Akkumulatoren notwendig wäre und/oder einer Gesamtleistungsaufnahme sämtlicher Schienenfahrzeuge der Flotte, die von dem Energieversorger bezogen wird, erfolgt. Das Laden und/oder Entladen in der Abhängigkeit des Gesamtleistungsbedarfs und/oder der Gesamtleistungsaufnahme zu steuern hat den Vorteil, dass hierdurch gezielt die von den Schienenfahrzeugen vom Energieversorger bezogene Gesamtleistung beeinflusst werden kann. Für den Leistungspreis, den der Betreiber der Flotte an den Energieversorger zahlt, ist eben diese Gesamtleistungsaufnahme regelmäßig maßgeblich. Daher lässt sich durch die Steuerung des Ladens und/oder Entladens der Akkumulatoren in Abhängigkeit von dem Gesamtleistungsbedarf und/oder der Gesamtleistungsaufnahme sämtlicher Schienenfahrzeuge der Flotte der Leistungspreis beeinflussen.

Im Zusammenhang mit dem vorliegenden Verfahren ist unter der Gesamtleistungsaufnahme insbesondere die Gesamtleistungsaufnahme sämtlicher Schienenfahrzeuge der Flotte zu verstehen, die von den Schienenfahrzeugen, insbesondere über das Energieversorgungsnetz, von dem Energieversorger tatsächlich bezogen wird. D. h. es ist insbesondere nicht die Leis- tung zu verstehen, die durch die Schienenfahrzeuge von Akkumulatoren, den eigenen und/oder denen von anderen Schienenfahrzeugen, bezogen wird. Unter dem Gesamtleistungsbedarf ist hingegen die für den Betrieb der Schienenfahrzeuge notwendige Leistung zu verstehen, unabhängig davon, ob diese von Akkumulatoren der Schienenfahrzeuge oder von dem Energieversorger bezogen wird. Einem Algorithmus, der zur Durchführung des vorstehend beschriebenen Verfahrens dient und insbesondere von der Steuerungseinrichtung genutzt wird, um Betriebsphasen mit hoher und/oder niedrigem Gesamtleistungsbedarf und/oder hoher und/oder niedriger Gesamtleistungsaufnahme zu identifizieren, können beide Größen alternativ und/oder ergänzend zugrunde gelegt werden.

Das Verfahren kann vorsehen, dass die Schienenfahrzeuge der Flotte im Hinblick auf die Versorgung der der Flotte mit elektrischer Energie durch den Energieversorger jeweils eine technische Entnahmestelle bilden. Unter einer technischen Entnahmestelle ist in diesem Zusammenhang insbesondere zu verstehen, dass an dem jeweiligen Schienenfahrzeug gemessen wird, wieviel elektrische Leistung und/oder elektrische Energie das jeweilige Schienenfahrzeug bezieht und/oder abgibt. Insbesondere können sämtliche Schienenfahrzeuge der Flotte zu einer virtuellen Entnahmestelle zusammengefasst sein. Unter einer virtuellen Entnahmestelle ist eine quantitative Zusammenfassung einer Mehrzahl technischer Entnahmestellen im Hinblick auf die bezogene und/oder abgegebene elektrische Leistung und/oder elektrische Energie zu verstehen. Dass Zusammenfassen kann insbesondere zu Abrechnungs- und/oder Preisbildungszwecken erfolgen.

Das Verfahren kann vorsehen, dass das Laden derart gesteuert wird, dass das Laden der Akkumulatoren bevorzugt in Betriebsphasen mit einem niedrigen Gesamtleistungsbedarf sämtlicher Schienenfahrzeuge der Flotte erfolgt.

Werden die Akkumulatoren bevorzugt im Betriebsphasen mit einem niedrigen Gesamtleistungsbedarf und/oder einer niedrigen Gesamtleistungsauf- nähme sämtlicher Schienenfahrzeuge der Flotte geladen, so führt die Erhöhung der Gesamtleistungsaufnahme der Schienenfahrzeuge von dem Energieversorger, die durch das Laden verursacht wird, mit einer geringeren Wahrscheinlichkeit dazu, dass das Laden eine negative Auswirkung auf den Leistungspreis hat. Dies gilt insbesondere dann, wenn sämtliche Schienenfahrzeuge der Flotte zu einer virtuellen Entnahmestelle zusammengefasst sind.

Insbesondere können bei der Steuerung des Ladens der Akkumulatoren Betriebsphasen ausgewählt werden, in denen der Gesamtleistungsbedarf für den Betrieb sämtlicher durch das Energieversorgungsnetz mit elektrischer Energie versorgter Schienenfahrzeuge und/oder deren Gesamtleistungsaufnahme niedrig ist. Dies kann insbesondere bedeuten, dass das Laden von Akkumulatoren durch die Steuerung auf spätere Betriebsphasen verschoben wird, um insbesondere dann, wenn zu erwarten ist, dass das Laden durch die Verschiebung in eine Betriebsphase mit einem niedrigeren Gesamtleistungsbedarf und/oder einer niedrigeren Gesamtleistungsaufnahme verschoben wird und der planmäßige Betrieb des betroffenen Schienenfahrzeugs durch die Verschiebung nicht beeinträchtigt wird.

Das Verfahren kann weiterhin vorsehen, dass das Entladen derart gesteuert wird, dass das Entladen der Akkumulatoren bevorzugt in Betriebsphasen mit einem hohen Gesamtleistungsbedarf und/oder einer hohen Gesamtleistungsaufnahme sämtlicher Schienenfahrzeuge der Flotte erfolgt. So kann in Betriebsphasen mit einem hohen Gesamtleistungsbedarf und/oder einer hohen Gesamtleistungsaufnahme der Schienenfahrzeuge ein Teil dieses Gesamtleistungsbedarfs durch das Entladen der Akkumulatoren einzelne Schienenfahrzeuge gedeckt werden. Die von den Schienenfahrzeugen insgesamt vom Energieversorger aufgenommene Gesamtleistung wird so gesenkt, was sich ebenfalls positiv auf den Leistungspreis auswirken kann. Dies gilt insbesondere dann, wenn sämtliche Schienenfahrzeuge der Flotte zu einer virtuellen Entnahmestelle zusammengefasst sind. Das Senken der Gesamtleistungsaufnahme sämtlicher Schienenfahrzeuge der Flotte durch das gezielte Entladen der Akkumulatoren führt insbesondere dann zu einer Senkung des Leistungspreises, wenn dadurch verhindert werden kann, dass die Gesamtleistungsaufnahme während einer bestimmten Betriebsphase derart hoch ist, dass dies einen unmittelbaren Einfluss auf den Leistungspreis hat. Dies ist beispielsweise möglich, wenn verhindert wird, dass es sich bei der jeweiligen Betriebsphase um eine Betriebsphase handelt, in der die durchschnittliche Gesamtleistungsaufnahme sämtlicher Schienenfahrzeuge über das Energieversorgungsnetz ohne das Entladen der Akkumulatoren derart hoch wäre, dass die durchschnittliche Gesamtleistungsaufnahme innerhalb einer für die Abrechnung relevanten Zeitperiode einen Maximalwert darstellen würde. Ein derartiger Maximalwert kann bei entsprechender Gestaltung des Tarifvertrags zu einem höheren Leistungspreis und damit zu einem signifikanten Anstieg der gesamten Betriebskosten führen.

Das Verfahren kann insbesondere auch vorsehen, dass in Betriebsphasen mit hohem Gesamtleistungsbedarf und/oder hoher Gesamtleistungsaufnahme sämtlicher Schienenfahrzeuge Akkumulatoren in das Energieversorgungsnetz entladen werden. Auf diese Weise kann durch das Entladen der Akkumulatoren nicht nur lediglich der Betrieb des jeweiligen Schienenfahrzeugs, welches diese Akkumulatoren aufweist, durch das Entladen der Akkumulatoren unterstützt und/oder ermöglicht werden, sondern auch der Betrieb anderer über das Energieversorgungsnetz mit elektrischer Energie versorgter Schienenfahrzeuge.

In diesem Zusammenhang wird das Entladen insbesondere derart gesteuert, dass ein gezieltes Entladen der Akkumulatoren zur Senkung der Gesamtleistungsaufnahme sämtlicher Schienenfahrzeuge der Flotte immer dann erfolgt, wenn zu erwarten ist, dass die Akkumulatoren mit hinreichender Wahrscheinlichkeit in späteren Betriebsphasen mit niedrigerem Gesamtleistungsbedarf und/oder niedriger Gesamtleistungsaufnahme wieder aufgeladen werden können, ohne dass es zu einer Beeinträchtigung des planmäßigen Betriebs der Schienenfahrzeuge kommt.

Bei den Betriebsphasen kann es sich insbesondere um konstante Zeitabschnitte handeln. Beispielsweise kann es sich um Zeitabschnitte einer Länge von 15 Minuten handeln. Insbesondere handelt es sich um Zeitabschnitte, die im Rahmen einer Erfassung der Gesamtleistungsaufnahme der Schienenfahrzeuge über das Energieversorgungsnetz betrachtet werden. Bei der Erfassung kann es sich insbesondere um eine Erfassung zu Abrechnungszwecken, insbesondere zur Ermittlung eines Leistungspreises, handeln.

Bei dem Gesamtleistungsbedarf und/oder der Gesamtleistungsaufnahme kann es sich insbesondere um einen mittleren Gesamtleistungsbedarf und/oder einer mittleren Gesamtleistungsaufnahme in einem bestimmten Zeitabschnitt handeln. Der Zeitabschnitt kann dabei insbesondere eine Betriebsphase sein. Das Verfahren kann vorsehen, dass das Entladen der Akkumulatoren bevorzugt in Betriebsphasen mit einem Gesamtleistungsbedarf von mehr als 80%, insbesondere von mehr als 90% eines Referenzgesamtleistungsbedarfs und/oder einer Referenzgesamtleistungsaufnahme erfolgt. Bei dem Referenzgesamtleistungsbedarf und/oder der Referenzgesamtleistungsaufnahme kann es sich insbesondere um den bisher höchsten Gesamtleistungsbedarf und/oder die bisher höchste Gesamtleistungsaufnahme in einer vergangenen Betriebsphase handeln. Bei der vergangenen Betriebsphase kann es sich insbesondere um eine Betriebsphase innerhalb eines bestimmten Betrachtungszeitraums, beispielsweise des laufenden Kalenderjahres, handeln. Eine derartige Steuerung des Entladens der Akkumulatoren hätte den Vorteil, dass sich hierdurch beispielsweise vermeiden ließe, dass eine ohnehin bereits angefallene maximale Gesamtleistungsaufnahme in einer Betriebsphase in einer späteren Betriebsphase überschritten wird. Alternativ und/oder ergänzend kann das Verfahren vorsehen, dass bei einer Überschreitung eines Grenzwertes für den Gesamtleistungsbedarf und/oder die Gesamtleistungsaufnahme das Laden der Akkumulatoren unterbunden wird. Das Verfahren kann insbesondere vorsehen, dass das Laden der Akkumulatoren in Betriebsphasen mit einem Gesamtleistungsbedarf von mehr als 80%, insbesondere von mehr als 90% eines Referenzgesamtleistungsbedarfs und/oder einer Referenzgesamtleistungsaufnahme unterbunden wird.

Das Verfahren kann vorsehen, dass der Leistungsbedarf und/oder die Leistungsaufnahme der einzelnen Schienenfahrzeuge gemessen und Leistungsdaten betreffen den Leistungsbedarf und/oder die Leistungsaufnahme der einzelnen Schienenfahrzeuge an die übergeordnete Steuerung übertragen werden. Die Leistungsdaten können von der übergeordneten Steuerung insbesondere ausgewertet werden, um Betriebsphasen mit hohen und/oder niedriger Gesamtleistungsbedarf und/oder mit hoher und/oder niedriger Gesamtleistungsaufnahme zu identifizieren. Die Leistungsdaten können durch die übergeordnete Steuerung insbesondere gespeichert werden. Derartige gespeicherte Leistungsdaten können genutzt werden, um einen zu erwartenden Leistungsbedarf und/oder eine zu erwartende Leistungsaufnahme des jeweiligen Schienenfahrzeugs in zukünftigen Betriebsphasen zu berechnen. Die Übertragung der Leistungsdaten kann hierbei insbesondere über eine drahtlose Datenverbindungen erfolgen.

Das Verfahren kann weiterhin vorsehen, dass von der übergeordneten Steuerung Steuersignale zur Steuerung des Ladens und/oder Entladen der Akkumulatoren an die einzelnen Schienenfahrzeuge gesendet werden. Bei den Steuersignalen kann es sich insbesondere um Datensignale handeln. Die Steuersignale können ebenfalls drahtlos, insbesondere über die gleiche drahtlose Datenverbindungen wie die Leistungsdaten, übertragen werden. Bei den Steuersignalen kann es sich insbesondere um Steuersignale zur Einstellung eines Ladestroms und/oder eines Entladestroms handeln. Die direkte Einstellung des Ladestroms und/oder des Entladestroms mittels Steuersignalen, die von der übergeordneten Steuerung an die Schienenfahrzeuge übertragen werden, hat den Vorteil, dass das Verfahren durch die Übertragung vergleichsweise einfacher Steuerbefehle an die einzelnen Fahrzeuge realisiert werden kann.

Das Verfahren kann vorsehen, dass für zukünftige Betriebsphasen ein zu erwartender Gesamtleistungsbedarf und/oder eine zu erwartende Gesamtleistungsaufnahme sämtlicher Schienenfahrzeuge der Flotte vorausberechnet wird. Die Steuerung des Ladens und/oder Entladens der Akkumulatoren kann insbesondere in Abhängigkeit von dem Ergebnis der Vorausberechnung erfolgen. Mit anderen Worten kann es sich bei der Gesamtleistungsaufnahme und/oder bei dem Gesamtleistungsbedarf, in deren bzw. dessen Abhängigkeit die Steuerung des Ladens und/oder Entladens erfolgt, um eine vorausberechnete zu erwartende Gesamtleistungsaufnahme und/oder einen vorausberechneten zu erwartenden Gesamtleistungsbedarf handeln.

Eine derartige Vorausberechnung des Gesamtleistungsbedarfs sämtlicher Schienenfahrzeuge für zukünftige Betriebsphasen vereinfacht insbesondere die Identifizierung von Betriebsphasen mit niedrigem und/oder hohem Gesamtleistungsbedarf und/oder mit niedriger und/oder hoher Gesamtleistungsaufnahme. Insbesondere kann bereits bevor Leistungsdaten über die jeweilige Betriebsphase vorliegen, von der Steuerung entschieden werden, ob es sich bei einer Betriebsphase voraussichtlich um eine Betriebsphase mit hohen oder niedrigeren Leistungsbedarf und/oder mit hoher oder niedriger Leistungsaufnahme handelt. Mit anderen Worten kann das Ergebnis der Vorausberechnung zur Identifizierung zukünftiger Betriebsphasen mit hohem Gesamtleistungsbedarf und/oder mit hoher Gesamtleistungsaufnahme und/oder zukünftiger Betriebsphasen mit niedrigem Gesamtleistungsbedarf und/oder mit niedriger Gesamtleistungsaufnahme genutzt werden.

Bei der Steuerung des Ladens und/oder Entladens, insbesondere der Vorausberechnung des zu erwartenden Gesamtleistungsbedarfs und/oder der zu erwartenden Gesamtleistungsaufnahme, kann wenigstens einer der folgenden Einflussfaktoren auf den Leistungsbedarf und/oder die Gesamtleistungsaufnahme einzelner Schienenfahrzeuge berücksichtigt werden:

- die geplante und/oder tatsächliche Verwendung des jeweiligen Schienenfahrzeugs im Hinblick auf die Routenplanung,

- die zu erwartende Umgebungstemperatur im Bereich des Schienenfahrzeugs,

- die zu erwartende Auslastung des Schienenfahrzeugs im Hinblick auf die Fahrgastanzahl,

- die nominale und/oder tatsächliche Kapazität der Akkumulatoren des jeweiligen Schienenfahrzeugs,

- der zu erwartenden Ladezustand der Akkumulatoren des jeweiligen Schienenfahrzeugs.

Bei der Berücksichtigung der geplanten Verwendung des jeweiligen Schienenfahrzeugs im Hinblick auf die Routenplanung kann insbesondere berücksichtigt werden, welche Strecke von dem jeweiligen Schienenfahrzeug im Rahmen des planmäßigen Betriebs zurückgelegt werden soll und insbesondere mit welchen Betriebsparametern, insbesondere welchen Geschwindigkeiten und/oder Beschleunigungen die entsprechende Strecke befahren werden soll. Weiterhin kann berücksichtigt werden, inwieweit die im planmäßigen Betrieb zurückzulegende Strecke über eine Elektrifizierung verfügt. Bei der Berücksichtigung der tatsächlichen Verwendung des jeweiligen Schienenfahrzeugs im Hinblick auf die Routenplanung kann insbesondere zudem berücksichtigt werden, inwieweit der aktuelle Betrieb von dem planmäßigen Betrieb abweicht, beispielsweise aufgrund von aktuellen Verspätungen. Durch diese Maßnahmen lässt sich zum einen der zu erwartende Gesamtleistungsbedarf und/oder die zu erwartende Gesamtleistungsaufnahme präziser berechnen, zum anderen kann errechnet werden, über welche Energiereserven die Akkumulatoren zu bestimmten Betriebsphasen und/oder Zeitpunkten des Betriebs noch verfügen müssen, um einen planmäßigen Betrieb weiterhin mit hinreichender Sicherheit zu ermöglichen.

Weiterhin kann bei der Steuerung des Ladens und/oder Entladens, insbesondere bei Vorausberechnung des zu erwartenden Gesamtleistungsbedarfs und/oder der zu erwartenden Gesamtleistungsaufnahme, die zu erwartende Umgebungstemperatur im Bereich des Schienenfahrzeugs berücksichtigt werden. Dies hat insbesondere den Vorteil, dass Temperatureinflüsse auf die Leistungsfähigkeit der Akkumulatoren und/oder ein zusätzlicher Leistungsbedarf und/oder eine zusätzliche Leistungsaufnahme des jeweiligen Schienenfahrzeugs für den Betrieb von Heiz- und/oder Kühleinrichtungen, beispielsweise zur Klimatisierung des Schienenfahrzeugs, berücksichtigt werden können.

Weiterhin kann die zu erwartende Auslastung des Schienenfahrzeugs im Hinblick auf die Fahrgastanzahl bei der Steuerung des Ladens und/oder Entladens, insbesondere bei der Vorausberechnung, berücksichtigt werden. Hierfür kann das Verfahren insbesondere vorsehen, dass die übergeordnete Steuerung auf gespeicherte Erfahrungswerte und/oder Buchungsinformationen zurückgreift. Die Kenntnis der zu erwartenden Auslastung ermöglicht insbesondere eine bessere Vorausberechnung des Leistungsbedarfs und/oder der Leistungsaufnahme des jeweiligen Schienenfahrzeugs, insbesondere aufgrund der auslastungsbedingten Schwankungen in der zu bewegenden Gesamtmasse des Schienenfahrzeugs.

Das Verfahren kann weiterhin vorsehen, dass die nominale und/oder die tatsächliche Kapazität der Akkumulatoren des jeweiligen Schienenfahrzeugs bei der Vorausberechnung berücksichtigt wird. Die Berücksichtigung der Kapazität der Akkumulatoren ermöglicht es insbesondere, die Steuerung des Ladens und/oder Entladens derart zu steuern, dass der planmäßige Betrieb der Schienenfahrzeuge mit hinreichender Sicherheit sichergestellt werden kann. Unter der nominalen Kapazität ist in diesem Zusammenhang die Kapazität gemäß der Spezifikation des jeweiligen Akkumulators zu verstehen. Unter der tatsächlichen Kapazität ist diejenige Kapazität zu verstehen, die der jeweilige Akkumulator zum jeweils betrachteten Zeitpunkt tatsächlich aufweist, wobei insbesondere ein alterungsbedingter Kapazitätsverlust berücksichtigt ist. Dabei kann das Verfahren vorsehen, dass die tatsächliche Kapazität gemessen und/oder berechnet wird, insbesondere wobei das Alter der Akkumulatoren bei der Berechnung berücksichtigt wird.

Das Verfahren kann weiterhin vorsehen, dass der Ladezustand der Akkumulatoren des jeweiligen Schienenfahrzeugs bei der Vorausberechnung berücksichtigt wird. Die Berücksichtigung des Ladezustands der Akkumulatoren ermöglicht es insbesondere, die Steuerung des Ladens und/oder Entladens derart zu steuern, dass der planmäßige Betrieb der Schienenfahrzeuge mit hinreichender Sicherheit sichergestellt werden kann.

Das Verfahren kann insbesondere vorsehen, dass bei der Steuerung des Ladens und/oder Entladens gespeicherte Leistungsdaten, die den bisherigen Betrieb der Schienenfahrzeuge betreffen, genutzt werden. Dies betrifft insbesondere die Nutzung der Leistungsdaten bei der Vorausberechnung des zu erwartenden Gesamtleistungsbedarfs und/oder der zu erwartenden Gesamtleistungsaufnahme. Auf diese Weise wird ein Selbstlerneffekt ermöglicht.

Das Verfahren kann insbesondere vorsehen, dass die gespeicherten Leistungsdaten durch die übergeordnete Steuerung in Verbindung mit anderen Einflussfaktoren auf den Leistungsbedarf und/oder die Leistungsaufnahme einzelner Schienenfahrzeuge, insbesondere den vorstehend genannten Einflussfaktoren auf den Leistungsbedarf und/oder die Leistungsaufnahme einzelner Schienenfahrzeuge, ausgewertet werden. Auf diese Weise kann beispielsweise der Leistungsbedarf und/oder die Leistungsaufnahme beim Befahren bestimmter Routen bei bestimmtem Fahrgastaufkommen unter der Berücksichtigung gespeicherter Leistungsdaten vorausberechnet werden. Es kann in diesem Zusammenhang vorteilhaft sein, wenn im Zusammenhang mit dem vorliegenden Verfahren ebenfalls weitere Betriebsdaten, die beispielsweise die Verwendung des jeweiligen Schienenfahrzeugs im Hinblick auf die Route, die Umgebungstemperatur im Bereich des Schienenfahrzeugs, die Auslastung des Schienenfahrzeugs, die Kapazität der Akkumulatoren des jeweiligen Schienenfahrzeugs und/oder den Ladezustand der Akkumulatoren des jeweiligen Schienenfahrzeugs betreffen können.

Weiterhin kann das Verfahren vorsehen, dass die Steuerung des Ladens und/oder Entladens der Akkumulatoren in Abhängigkeit von einem Preis für elektrische Energie und/oder einem zu erwartenden Preis für elektrische Energie erfolgt. Dies ist insbesondere dann sinnvoll, wenn der Arbeitspreis für die über das Energieversorgungsnetz bezogene elektrische Energie und/oder über das Energieversorgungsnetz an den Versorger zurück gespeiste elektrische Energie zeitlichen Schwankungen unterliegt.

Es ist insbesondere vorteilhaft, wenn das Laden und/oder Entladen derart gesteuert wird, dass das Laden der Akkumulatoren bevorzugt zu Zeiten mit niedrigem Preis für elektrische Energie und/oder das Entladen der Akkumulatoren bevorzugt zu Zeiten mit hohem Preis für elektrische Energie erfolgt. In diesem Zusammenhang kann es sich bei dem Preis sowohl um einen tatsächlichen Preis, der an die Steuerung vorzugsweise in Echtzeit übermittelt wird, und/oder einen zu erwartenden Preis, der, insbesondere von der Steuerung, beispielsweise aufgrund von Erfahrungsdaten ermittelt und insbesondere vorausberechnet wird, handeln. Eine derartige Variante des Verfahrens ermöglicht es, nicht nur eine Reduktion des Leistungspreises herbeizuführen, sondern darüber hinaus eine zusätzliche Ersparnis bei den zum Arbeitspreis abgerechneten Kosten zu erzielen.

Alternativ und/oder ergänzend kann das Verfahren vorsehen, dass die Steuerung des Ladens unter Berücksichtigung des Einflusses der Ladeleistung auf die Lebensdauer der Akkumulatoren erfolgt. Insbesondere kann das Verfahren vorsehen, dass das Laden derart gesteuert wird, dass zur Steigerung der Lebensdauer der Akkumulatoren eine niedrige Ladeleistung angestrebt wird. Eine niedrigere Ladeleistung wirkt sich positiv auf die Lebensdauer der Akkumulatoren aus. Im Zusammenhang mit dem vorstehend beschriebenen Verfahren kann die Steuerung des Ladens daher eine niedrigere Ladeleistung anstreben. Dies kann beispielsweise mittels eines Algorithmus erfolgen, der die bei der Steuerung des Ladens der Akkumulatoren bekannte Zusammenhänge zwischen Ladeleistung und Lebensdauer der Akkumulatoren berücksichtigt.

Weitere praktische Ausführungsformen und Vorteile der Erfindung sind nachfolgend im Zusammenhang mit den Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung des Betriebs einer Mehrzahl Schienenfahrzeuge an einem gemeinsamen Energieversorgungsnetz in einer Betriebsphase mit hohem Gesamtleistungsbedarf nach dem Stand der Technik,

Fig. 2 eine entsprechende schematische Darstellung in einer Betriebsphase mit einem niedrigen Gesamtleistungsbedarf nach dem Stand der Technik,

Fig. 3 eine entsprechende schematische Darstellung in einer Betriebsphase mit hohem Gesamtleistungsbedarf unter Durchführung eines beispielhaften Verfahrens zur Steuerung des Ladens und/oder Entladens,

Fig. 4 eine entsprechende schematische Darstellung in einer Betriebsphase mit einem niedrigen Gesamtleistungsbedarf unter Durchführung eines beispielhaften Verfahrens zur Steuerung des Ladens und/oder Entladens, In den Figuren 1 bis 4 sind beispielhaft Szenarien dargestellt, die veranschaulichen, wie das Verfahren zur Steuerung des Ladens und/oder Entladens von Akkumulatoren einer Flotte von Schienenfahrzeugen 10, 12 und 14 genutzt werden kann, um die für den Betreiber aufgrund des Leistungspreises entstehenden Energiekosten zu senken. Im gezeigten Beispiel bilden die die Schienenfahrzeuge 10, 12 und 14) der Flotte im Hinblick auf die Versorgung der der Flotte mit elektrischer Energie durch den Energieversorger 26 jeweils eine technische Entnahmestelle und sämtliche Schienenfahrzeuge 10, 12 und 14 der Flotte sind zu einer virtuellen Entnahmestelle zusammengefasst.

In den Figuren 1 bis 4 sind beispielhaft zwei unterschiedliche Betriebsphasen dargestellt. Dabei zeigen die Figuren 1 und 2 beispielhafte Betriebsphasen nach dem Stand der Technik, während die Figuren 3 und 4 entsprechende Betriebsphase unter Durchführung des Verfahrens zur Steuerung des Ladens und/oder Entladens von Akkumulatoren von Schienenfahrzeugen zeigen.

In der Figur 1 ist eine Betriebsphase dargestellt, in der die beispielhaften Schienenfahrzeuge 10, 12 und 14 jeweils den für ihren Betrieb notwendigen Leistungsbedarf decken, indem sie durch den Energieversorger 26 über das Energieversorgungsnetz 16 mit elektrischer Energie versorgt werden. Die Leistungsaufnahmen 18, 20 und 22 der Schienenfahrzeuge 12, 14 und 16 addieren sich entsprechend zu einer Gesamtleistungsaufnahme 24 sämtlicher Schienenfahrzeuge 10, 12 und 14 der Flotte. Die Gesamtleistungsaufnahme 24 wird von dem Energieversorger 26 bezogen.

In den schematischen Darstellungen sind die Quantitäten der unterschiedlichen Leistungsaufnahmen 18, 20, 22 und 24 durch die Breiten der entsprechenden Pfeile angedeutet. Das in Figur 1 dargestellte Szenario ergibt entsprechend eine hohe Gesamtleistungsaufnahme 24, die auf dem hohen Gesamtleistungsbedarf der durch den Energieversorger 26 über das Energieversorgungsnetz mit elektrischer Energie versorgten Schienenfahrzeuge 10, 12 und 14 beruht, der bei allen Schienenfahrzeugen 10, 12 und 14 durch über das Energieversorgungsnetz 16 von dem Energieversorger 26 bezogene elektrische Leistung gedeckt wird.

In Figur 2 ist das entsprechende Szenario in einer beispielhaften späteren Betriebsphase dargestellt. Diese unterscheidet sich dadurch, dass die beispielhaften Schienenfahrzeuge 12 und 14 nicht durch den Energieversorger 26 über das Energieversorgungsnetz mit elektrischer Energie versorgt werden. Dies kann beispielsweise daran liegen, dass die Schienenfahrzeuge in der Figur 2 dargestellten Betriebsphase ihren Energiebedarf aus ihrem Akkumulatoren decken, beispielsweise weil sie in der entsprechenden Betriebsphase auf nicht elektrifizierten Strecken betrieben werden. Dies führt dazu, dass die Gesamtleistungsaufnahme 24 in dieser Betriebsphase wesentlich geringer ist, da lediglich die beispielhafte Leistungsaufnahme 18 zu der Gesamtleistungsaufnahme 24, die über das Energieversorgungsnetz 16 vom Energieversorger 26 bezogen wird, beiträgt.

In den Figuren 3 und 4 ist nun schematisch die Auswirkung eines Verfahrens zur Steuerung des Ladens und/oder Entladen von Akkumulatoren einer Flotte von Schienenfahrzeugen auf die vom Energieversorger 26 bezogene Gesamtleistungsaufnahme 24 dargestellt. Das Laden und/oder Entladen der Akkumulatoren der einzelnen Schienenfahrzeuge 10, 12 und 14 der Flotte wird dabei durch die gemeinsame übergeordnete Steuerung 28 gesteuert. Hierfür kann die Steuerung 28 über drahtlose Datenverbindungen 30 mit den einzelnen Schienenfahrzeugen 10, 12 und 16 verbunden sein.

Die beispielhafte Steuerung steuert das Laden derart, dass das Laden der Akkumulatoren bevorzugt in Betriebsphasen mit einem niedrigen Gesamtleistungsbedarf und/oder einer niedrigen Gesamtleistungsaufnahme 24 sämtlicher durch das Energieversorgungsnetz mit elektrischer Energie versorgter Schienenfahrzeuge erfolgt. Um eine solche Phase handelt es sich beispielhaft bei den in Figuren 2 und 4 dargestellten Betriebsphase. Weiterhin wird im Rahmen des beispielhaften Verfahrens das Entladen derart gesteuert, dass das Entladen der Akkumulatoren bevorzugt in Betriebsphasen mit einem hohen Gesamtleistungsbedarf und/oder einer hohen Gesamtleistungsaufnahme 24 sämtlicher Schienenfahrzeuge 10, 12 und 14 der Flotte erfolgt. Ein derartiges Szenario ist in den Figuren 1 und 3 dargestellt.

Zur Ermittlung der Betriebsphasen kann die Steuerungseinrichtung 28 unterschiedliche Einflussfaktoren auf den zu erwartenden Energiebedarf und/oder die zu erwartende Gesamtleistungsaufnahme 24 in zukünftigen Betriebsphasen berücksichtigen. Hierzu kann insbesondere gehören, ob die Schienenfahrzeuge 10, 12 und 14 sich auf elektrifizierten oder nicht elektrifiziert Strecken während der entsprechenden Betriebsphase befinden. Diese Kenntnisse führen dazu, dass der Gesamtleistungsbedarf und/oder die Gesamtleistungsaufnahme 24 Schienenfahrzeuge 10. 12, und 14 der Flotte in der ersten Betriebsphase, die in den Figuren 1 und 3 dargestellt ist, höher ist, da dort - zumindest potentiell - alle Schienenfahrzeuge 10, 12 und 14 durch das Energieversorgungsnetz 16 mit elektrischer Energie versorgt werden, während in der Betriebsphase in Figur 4 lediglich das Schienenfahrzeug 10 durch das Energieversorgungsnetz mit elektrischer Energie versorgt wird und so zur Gesamtleistungsaufnahme sämtlicher durch das Energieversorgungsnetz 16 mit elektrischer Energie versorgter Schienenfahrzeuge 10 beiträgt.

Im gezeigten Beispiel kann die Steuerung 28 das Ergebnis der Vorausberechnung zur Identifizierung zukünftiger Betriebsphasen mit hohem oder niedrigen Gesamtleistungsbedarf und/oder hoher oder niedriger Gesamtleistungsaufnahme 24 nutzen und basierend auf dem Ergebnis das Laden und Entladen der Akkumulatoren, wie beispielhaft dargestellt, steuern.

In der Betriebsphase mit hohem Gesamtleistungsbedarf, die in Figur 1 und

Figur 3 dargestellt ist, kann das Entladen der Akkumulatoren des Schienen- fahrzeugs 10 beispielsweise wie in Figur 3 gezeigt derart gesteuert werden, dass die Akkumulatoren den eigenen Bedarf des Schienenfahrzeug 10 an elektrischer Energie decken und vorteilhafterweise darüber hinaus eine Leistungsabgabe 32 an das Energieversorgungsnetz 16 abgeben. Diese kann zur Deckung des Leistungsbedarf der Schienenfahrzeuge 12 und 14 zusätzlich beitragen und so die Gesamtleistungsaufnahme 24 in der in Figur 3 beispielhaft dargestellten Betriebsphase zusätzlich senken.

Während nach dem Stand der Technik alle Akkumulatoren auf einem möglichst hohen Ladestand gehalten werden, solange das jeweilige Schienenfahrzeug 10, 12 oder 14 durch das Energieversorgungsnetz 16 mit elektrischer Energie versorgt wird, steuert Steuerung 28 das Entladen des Akkumulators des Schienenfahrzeugs 10 so, dass dieser trotz des Vorhandenseins einer Versorgung des Schienenfahrzeug 10 mit elektrischer Energie über das Energieversorgungnetz 16 entladen wird.

Im gezeigten Beispiel fällt die Wahl der Steuerung auf das Schienenfahrzeug 10, da bei der Steuerung des Ladens und/oder Entladens insbesondere die geplante Verwendung des jeweiligen Schienenfahrzeug 10, 12 und 14 berücksichtigt wird. Dadurch ist der Steuerung 28 beispielsweise bekannt, dass in einer späteren Betriebsphase, die in den Figuren 3 und 4 dargestellt ist, die Möglichkeit besteht, dass die Akkumulatoren des Schienenfahrzeugs 10 zu laden, während die Schienenfahrzeuge 12 und 14 auf nicht elektrifizierten Strecken auf die Akkumulatoren angewiesen sind. Deren Ladestand wird daher in der Figur 3 dargestellten Betriebsphase erhalten.

In der in Figur 4 dargestellten Betriebsphase steigt im gezeigten Beispiel gegenüber der in Figur 2 dargestellten entsprechenden Betriebsphase nach dem Stand der Technik zwar die Gesamtleistungsaufnahme 24 aufgrund der erhöhten Leistungsaufnahme 18 des Schienenfahrzeugs 10 an, die Gesamtleistungsaufnahme 24 bleibt jedoch vorteilhafter Weise auf einem für den Leistungspreis unkritischen Niveau. Betrachtet über beide beispielhaften Betriebsphasen, so ist der Höchstwert der Gesamtleistungsaufnahme 24 im gezeigten Beispiel in dem Fall der Figuren 3 und 4 vorteilhafter Weise geringer als im Fall der Figuren 1 und 2, was zu einem niedrigeren Leistungspreis und damit insgesamt geringeren Energiekosten für den Betrieb der Schienenfahrzeuge 10, 12 und 14 führt.

Die in der vorliegenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebigen Kombinationen für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein. Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. Sie kann im

Rahmen der Ansprüche und unter Berücksichtigung der Kenntnisse des zuständigen Fachmanns variiert werden.

* * * * * * *

Bezugszeichenliste

10 Schienenfahrzeug

12 Schienenfahrzeug 14 Schienenfahrzeug

16 Energieversorgungsnetz

18 Leistungsaufnahmen

20 Leistungsaufnahmen

22 Leistungsaufnahmen 24 Gesamtleistungsaufnahme

26 Energieversorger

28 Steuerung

30 Datenverbindung

32 Leistungsabgabe