METHOD FOR ESTIMATING THE REQUIRED ENERGY CAPACITY OF A TRACTION BATTERY UNDER SPECIFIED ROUTE OPERATING CONDITIONS

Authors

DOI:

https://doi.org/10.35546/kntu2078-4481.2026.3.11

Keywords:

vehicle, trolleybus, autonomous operation, route, energy carrier, battery, energy consumption

Abstract

This article lies within the field of transport engineering and addresses a relevant challenge in the development of urban electric transport, particularly trolleybuses with autonomous operation capability. The study focuses on substantiating the required energy capacity of a traction battery to ensure reliable trolleybus operation along route sections lacking an overhead contact network. The relevance of the research is обусловлена the ongoing transition to environmentally sustainable transport systems and the need to replace conventional diesel buses with electric alternatives.
Based on a critical analysis of existing approaches to battery capacity determination – most of which rely on averaged statistical data and fail to account for the specific operating conditions of individual routes – the authors propose a novel method. The proposed approach incorporates key operational parameters, including the length of the autonomous section, the number of stops, operating speed, road gradients, and passenger load.
The method is grounded in the mathematical modeling of energy consumption during vehicle operation. It takes into account the energy required for acceleration, overcoming motion resistance, supplying auxiliary systems, and ensuring passenger comfort, as well as energy losses and partial recovery through regenerative braking. This enables a more accurate estimation of total route energy consumption and, consequently, a more substantiated determination of the required battery capacity.
The results obtained are of both theoretical and practical significance. The proposed method can be utilized by transport operators in the development of tender documentation for the procurement of trolleybuses with autonomous operation capability. It may also be applied by manufacturers to justify the maximum autonomous range provided by the traction battery installed in a trolleybus.

References

Про деякі питання використання транспортних засобів, оснащених електричними двигунами, та внесення змін до деяких законів України щодо подолання паливної залежності і розвитку електрозарядної інфраструктури та електричних транспортних засобів : Закон України від 24 лютого 2023 р. № 2956-IX / Верховна Рада України. URL : https://zakon.rada.gov.ua/laws/show/2956-20/#Text.

Lajunen, A., Kivekaes, K., Baldi, F., Vepsae-Laeinen, J. & Tammi, K. (2018). Different Approaches to Improve Energy Consumption of BatteryElectricBuses. IEEE Vehicle Powerand Propulsion Conference (VPPC). 1-6. DOI : https://doi.org/10.1109/VPPC.2018.8605024.

Kivekäs, K., Lajunen, A., Baldi, F., Vepsäläinen, J. & Tammi, K. (2019). Reducing the Energy Consumption of Electric Buses With Design Choices and Predictive Driving. IEEE Transactions on Vehicular Technology. 11409-11419. DOI: https://doi.org/10.1109/TVT.2019.2936772.

Houbbadi, A., Trigui, R., Pelissier, S., Redondo-Iglesias, E. & Bouton, T. (2019). Optimal Scheduling to Manage an Electric Bus Fleet Overnight Charging. Energies, 12(14), 2727. DOI : https://doi.org/10.3390/en12142727.

Wang, J., Kang, L. & Yongzhong, L. (2020). Optimal scheduling for electric bus fleets based on dynamic programming approach by considering battery capacity fade. Renewable and Sustainable Energy Reviews, Vol. 130, September 2020. DOI : https://doi.org/10.1016/j.rser.2020.109978.

Torabi, S., Bellone M. & Wahde M. (2020). Energy minimization for an electric bus using a genetic algorithm. European Transport Research Review. Vol. 12, article 2. DOI : https://doi.org/10.1186/s12544-019-0393-1.

Hatem, A. & Moataz M. (2021). A Prediction Model for Battery Electric Bus Energy Consumption in Transit. Energies, 14(10), 2824. DOI: https://doi.org/10.3390/en14102824.

Проценко В.О. Перспективи удосконалення пасажирського сполучення в місті Херсоні застосуванням тролейбусів з автономним ходом. Вісник Херсонського національного технічного університету. Серія «Інженерні науки». 2025. № 2(93). Том 1. C. 191-201. DOI : https://doi.org/10.35546/kntu2078-4481.2025.2.1.26.

Zhu Chao, Chen Xiaohong (2013). Optimizing Battery Electric Bus Transit Vehicle Scheduling with Battery Exchanging: Model and Case Study. 13th COTA International Conference of Transportation Professionals (CICTP 2013). DOI : https://doi.org/10.1016/j.sbspro.2013.08.306.

Houbbadi, A., Trigui R., Pelissier S., Bouton T. & Eduardo R.-I. (2017). Multi-Objective Optimisation of the Management of Electric Bus Fleet Charging. DOI : https://doi.org/10.1109/VPPC.2017.8331015.

Yusheng Wang, Yongxi Huang, Jiuping Xu, Nicole Barclay (2017). Optimal recharging scheduling for urban electric buses: A case study in Davis. Transportation Research Part E: Logistics and Transportation Review. Volume 100, April 2017, 115-132. DOI : https://doi.org/10.1016/j.tre.2017.01.001.

Borén, S. (2020). Electric buses’ sustainability effects, noise, energy use, and costs. International Journal of Sustainable Transportation. Vol. 14 (2020) – Issue 12. 956-971. DOI : https://doi.org/10.1080/15568318.2019.1666324.

Hnatov A., Arhun, Shch., Ponikarovska, S. (2022). Energy saving technologies for urban bus transport. International Journal of Automotive and Mechanical Engineering. No.14(4). 4649-4664. DOI : https://doi.org/10.15282/ijame.14.4.2017.5.0366.

Андрусенко С.І., Будниченко В.Б., Подпіснов В.С. Математична модель енергетичної ємності тягової акумуляторної батареї. Вісник Національного транспортного університету. Серія «Технічні науки». Науково-технічний збірник. Київ : НТУ, 2021. Вип. 3 (50). С. 3-10. DOI: https://doi.org/10.33744/2308-6645-2021-3-50-003-010.

Андрусенко С.І., Будниченко В.Б., Бугайчук О.С., Подпіснов В.С. Обґрунтування доцільності використання накопичувачів енергії в електромережах міського транспорту та домогосподарств. Вісник Національного транспортного університету. Серія «Технічні науки». Науково-технічний збірник. 2020. Вип. 1 (46). С. 3-13. DOI : doi.org/10.33744/2308-6645-2020-1-46-003-013.

Андрусенко С.І., Будниченко В.Б., Подпіснов В.С. Розробка методики визначення експлуатаційних витрат автобусів та тролейбусів з різними видами силових установок. Науково-виробничий журнал «Автошляховик України» (Автомобільний транспорт). 2022. № 2 (270)'2022. С. 15-25. DOI : doi.org/10.33868/0365-8392-2022-2-270-15-25.

ДСТУ ISO 2602:2006. Подавання результатів випробування статистичне. Оцінювання середнього значення. Довірчий інтервал (ІSO 2602:1980, ІDT). [Чинний від 2007-10-01]. Київ : УкрНДНЦ, 2009. 6 с.

Правила ЄЕК ООН № 107-09 Єдині технічні приписи щодо офіційного затвердження колісних транспортних засобів категорій М2 і М3 стосовно їхньої загальної конструкції. URL : https://unece.org/transport/documents/2024/05/standards/addendum-106-un-regulation-no-107-revision-9.

ТУ У 27.2-36476580-007:2023 Батарея тягова акумуляторна літій-іонна, типу ТБЕТЗ. Технічні умови. [Чинні від 2024-01-01]. Бровари : ТОВ «ПОЛІТЕХНОСЕРВІС», 2023. 21 с.

Published

2026-05-26