Vom Hybrid- und Trolleybus zum Elektrobus

Wolfgang Presinger Intelligenter und Gesunder Solaris Bus & Coach S.A. Öffentlicher Stadtverkehr [email protected] Pilsen, 06.04.2011 Produkte

Stadtbusse 8,6 / 10 / 12 / 15 / 18 m Diesel / Erdgas

Überlandbusse Solaris Urbino LE 8,9 / 12 / 15 m Diesel / Erdgas

Überlandbus Solaris InterUrbino 12 m Diesel Produkte

Hybridbusse Solaris Urbino Hybrid 12 / 18 m diesel-elektrisch seriell/parallel

Trolleybusse Solaris Trollino 12 / 15 / 18 m

Straßenbahn Solaris Tramino 32 m Produkte

Solaris Urbino Hybrid – Referenzen: 70 E. bis 12/2011

Oslo Norwegen: 15 E.

Polen: 3 E.

Hannover Poznań Bochum Leipzig Neuss Herten Dresden Düsseldorf Sosnowiec Deutschland: 43 E. Île-de-France München Strasbourg Lenzburg Frankreich: 8 E. Schweiz: 1 E.

Toulon La Réunion Hybridbusse

Hybridbus-Komponenten (Auswahl)

Hybridart Energiezuführung Effizienzsteigerung seriell Verbrennungsmotor + elektrifizierte Generator Nebenverbraucher parallel Brennstoffzelle Start/Stop leistungsverzweigt Plug-in-Anschluss streckenspezifisches Energiemanagement Energiespeicher Oberleitung Leichtbau („spaceframe“) Batterien Induktion

Supercaps Batteriewechsel elektrischer Antrieb hydraulische Speicher Zentralmotor

Schwungrad Radnabenmotoren Systemlösungen – Hybrid

Urbino 18 Hybrid (Allison)

Leistungsverzweigter Hybridbus mit NiMH-Batterie

Erster europäischer Hybridbus mit serienmäßiger Technologie

Vorstellung 2006, Weiterentwicklung 2008

Elektromotoren 150 kW Dieselmotor 181 kW Batterie ~20 kWh Systemlösungen – Hybrid

Urbino 18 Hybrid (Allison) Systemlösungen – Hybrid

Kraftstoffverbrauch (Allison) ggü. konventionellem Solaris Urbino 18

Diesel1 Hybrid2 Einsparung DAF (265 kW, Euro 5) Cummins (181 kW, Euro 5) Allison EP50 l/100km l/100km l/100km % SORT1 74,7 56,9 -17,8 -23,8% 12km/h SORT2 62,4 47,8 -15,1 -23,4% 17km/h SORT3 56,0 43,2 -12,8 -22,9% 27km/h

1 Messungen durchgeführt von Fraunhofer IVI Dresden 2 Messungen durchgeführt von TÜV SÜD Systemlösungen – Hybrid

Abgasemissionen Solaris Urbino 18 Hybrid (Allison) ggü. konventionellem Solaris Urbino 18 (Diesel, Euro 5)

Reduzierung

NOX (gesundheitsschädlich, saurer Regen) DPIM -13,3%

CO2 (Klimawandel, Treibhauseffekt) -25,3% HC -31,8% CO -56,4% PM (gesundheitsschädlich, krebserregend) -78,1%

Messungen 2008 auf Referenzstrecke in Stadtregion Posen Messungen von TU Posen durchgeführt mit Messausstattung SEMTECH DS Systemlösungen – Hybrid

Urbino 12 Hybrid (Eaton)

Paralleler Hybridbus mit Li-Ion-Batterie

Hybridisiertes automatisiertes Getriebe, einfache Systemarchitektur

Vorstellung 2009

Elektromotor 44 kW Dieselmotor 162 kW Batterie 3,6 kWh Systemlösungen – Hybrid

Urbino 12 Hybrid (Eaton) Systemlösungen – Hybrid

Kraftstoffverbrauch Hybrid (Eaton) ggü. konventionellem Solaris Urbino 12 (EEV)

Diesel1 Hybrid2 Einsparung DAF (231 kW, EEV) Cummins (162 kW, EEV) ZF 6AP EcoLife Eaton Hybrid l/100km l/100km l/100km % SORT1 54,7 36,5 -18,2 -33,3% 12km/h SORT2 43,3 33,7 -9,6 -22,2% 17km/h SORT3 38,0 30,8 -7,2 -18,9% 27km/h

1 Messungen durchgeführt von TÜV SÜD 2 Messungen durchgeführt von IDIADA, Spanien Systemlösungen – Hybrid

Urbino 18 Hybrid (Voith)

Paralleler Hybridbus mit Supercaps

„DIWAhybrid“: Hybridvariante des DIWA-Automatikgetriebes

Vorstellung 2011

Elektromotor 150 kW Dieselmotor 181 kW Supercaps 0,5 kWh Systemlösungen – Hybrid

Urbino 18 Hybrid (Voith) Systemlösungen – Hybrid

Urbino 18 Hybrid (Vossloh Kiepe)

Serieller Hybridbus mit Li-Ion-Batterie, Supercaps und Plug-in

Basierend auf Trolleybus-Technologie, Erprobungsträger zur maximalen Nutzung elektrischer Energie, modulares Konzept

Vorstellung 2010

Elektromotor 240 kW Dieselgenerator 195 kW Batterie 26,5 kWh Supercaps 1 kWh Plug-in 63 A Systemlösungen – Hybrid

Urbino 18 Hybrid (Vossloh Kiepe) Trolleybusse

seit 2001 geliefert 475 Solaris Trollino (Trolleybus) davon 270 Solaris Trollino 12 (Zweiachser) 57 Solaris Trollino 15 (Dreiachser) 148 Solaris Trollino 18 (Gelenk)

Referenzen Bologna (I), Budapest (H), La Chaux-de-Fonds (CH), Chomutov-Jirkov (CZ), Coimbra (P), Debrecen (H), Eberswalde (D), Gdynia (PL), Jihlava (CZ), Kaunas (LT), Landskrona (S), Lublin (PL), Napoli (I), Opava (CZ), Ostrava (CZ), Pardubice (CZ), Plzeň (CZ), Riga (LV), Roma (I), Salzburg (A), San Remo (I), Sofia (BG), Tallinn (EST), Teplice (CZ), Tychy (PL), (LT), Winterthur (CH)

(Stand 31.12.2010) Trolleybusse

Systempartner für Trolleybusse

Škoda Pilsen (CZ) Trollino 12, 15, 18

Cegelec Prag/Ostrava (CZ) Trollino 12, 15, 18

Medcom Warschau (PL) Trollino 12 Trolleybusse

Mögliche Weiterentwicklung

– leistungsstärkere Hilfsantriebe (Dieselgeneratoren, verbesserte Batterien) – Energiespeicher zur Nutzung von Bremsenergie im Fahrzeug anstelle von ggf. verlustbehafteter Rückspeisung in die Fahrleitung, dadurch geringerer Energieverbrauch – automatische Stromabnehmer (Heben und Senken während der Fahrt?) – Nutzung von Synergien aus Hybridbus-Entwicklung – Weiterentwicklung zu oberleitungsunabhängigem Elektrobus Elektrobus

Entwicklungspfad Elektrobus

Paralleler Serieller elektrische Plug-in- Hybrid Hybrid Neben- Hybrid verbraucher

Elektrobus

Trolleybus Batterie- Bremsenergie- Hilfsantrieb speicher

Gewichtsreduzierung Elektrobus

Energiebedarf Energiebedarf für einen Standardbus (12 m), 18 t Gewicht (voll beladen), 350 km Tageszyklus, SORT 2

1500

1000

500 1575 kWh 1225 kWh 875 kWh Speicherkapazität 4,5 kWh/km 3,5 kWh/km 2,5 kWh/km aktuell (noch?) nicht darstellbar

0 Diesel Hybrid Elektrobus

(Messungen: TU Posen) Elektrobus

Energiebedarf

Aktueller Stand Batterietechnologie (Li-Ionen) Spezifisches Batteriegewicht (inkl. Housing) 14 kg/kWh Kosten ca. 700 EUR/kWh

Bedarf für Tageszyklus 350 km x 2,5 kWh = 875 kWh 875 kWh x 14 kg = 12 250 kg nicht darstellbar 875 kWh x 700 EUR = 612 500 EUR 

Kompromisslösungen notwendig (z.B. Batteriewechsel, Schnellladung, partielle Oberleitung) Elektrobus

Energiebedarf

Konstruktive Begrenzung Derzeit konstruktiv im Fahrzeug max. ca. 1,4 t Batteriegewicht darstellbar, entspricht 100 kWh Energieinhalt Limitierung der Zyklentiefe auf max. 50% notwendig zur Erhöhung der Lebensdauer auf ca. 5-8 Jahre (= ½ Busleben)

Damit bei Standardbus 20 km Streckenlänge darstellbar bis zur nächsten Energiezufuhr, d.h. bei durchschnittlicher Umlauflänge (20 km) 1x Batterieladen pro Umlauf notwendig

weitere Maßnahmen wichtig, insbesondere Leichtbau Elektrobus

Offene Entwicklungsfelder

– Reichweitenausdehnung – leistungsfähigere, leichtere, preiswertere Batterien – Energiespeicher mit längerer Lebensdauer (Gesamtfzg. >12 Jahre) – elektrifizierte Komponenten (Kompressoren, Lenkhilfpumpe, etc.) – Gewichtsreduktion (z.B. „spaceframe“) – verbesserte Rekuperation – Aufbau von Infrastruktur, insbesondere (Schnell-) Ladestationen – Aufbau von Produktions- und Servicekapazitäten (Qualifikationen) – für Verkehrsunternehmen wirtschaftlicher Kostenrahmen möglich !? Elektrobus

Elektrobus: Prototyp in Entwicklung

auf Basis Alpino 8,9 LE

geplante autonome Reichweite 100 km, langfristig 350 km (abhängig von Speichertechnologie)

Fertigstellung Prototyp Sommer 2011 Serienfertigung ab ca. 2015

Entwicklung mit Unterstützung der Europäischen Union Elektrobus

Antriebsschema (Konzept)

zentraler Traktionsmotor Traktionsbatterie Verteilerkreis Leistungselektronik

Plug-in Bremswiderstand

- Heizung - Batterien 24V - Lenkungspumpe - Luftkompressor - Ventilatoren Elektrobus

Anordnung der Komponenten

Bremswiderstand Drosselspule Traktionscontainer

elektrischer Kompressor

Traktionsbatterie elektrische Lenkhilfspumpe elektrischer Traktionsmotor Elektrobus

Ziel: E-Mobilität mit oberleitungsunabhängigem Elektrobus

Heutiger Stand: – Trolleybusse mit unterschiedlichen Hilfsantrieben (Dieselaggregate „down-sized“ / Batterie) – Hybridbusse (parallel / seriell + Plug-in) daraus Synergienutzung und Weiterentwicklung

Jedoch: Es wird noch einige Zeit vergehen, bis Elektrobusse flächendeckend fahren ! Entwicklungspfad

Energie- elektrifizierte rekuperation Komponenten größerer Supercaps Einsatz- radius verbesserte Batterien Start/Stop Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!