Ein Elektrobus ist ein Bus, der mit Strom versorgt wird.

Elektrobusse können den Strom an Bord speichern oder kontinuierlich von einer externen Quelle gespeist werden. Busse, die Elektrizität speichern, sind hauptsächlich batterieelektrische Busse, in denen der Elektromotor Energie von einer Bordbatterie bezieht, obwohl Beispiele anderer Speichermodi existieren, wie der Kreisel, der Schwungrad-Energiespeicher verwendet. Im zweiten Fall wird Strom durch Kontakt mit externen Stromquellen geliefert. Zum Beispiel Oberleitungen, wie im Obus, oder mit berührungslosen Leitern am Boden, wie im Online-Elektrofahrzeug gesehen. Dieser Artikel befasst sich hauptsächlich mit Bussen, die den Strom an Bord speichern.

Ab 2017 sind 99% der elektrischen Busse in China im Einsatz, mit mehr als 385.000 Bussen auf der Straße, was 17% der gesamten Busflotte Chinas entspricht.

Geschichte
Elektrofahrzeuge gibt es seit dem 19. Jahrhundert. Im frühen 19. Jahrhundert begannen Forscher in Ungarn, den Niederlanden und den Vereinigten Staaten, die Idee von batteriebetriebenen Fahrzeugen zu erforschen. Es hatte zuvor Fortschritte mit einer elektrischen Kutsche gegeben, einer pferdelosen Kutsche, die von einem Elektromotor angetrieben wurde. Da die Menschen jedoch leichter und schneller zurechtkommen wollten, wurden Autos zu einer schnelleren und vernünftigeren Alternative zu Pferdekutschen.

Im Jahre 1835 wird dem Amerikaner Thomas Davenport der Bau des ersten praktischen Elektrofahrzeugs, einer kleinen Lokomotive, zugeschrieben. Er entwickelte einen batteriebetriebenen Elektromotor, mit dem er ein kleines Modellauto auf einem kurzen Streckenabschnitt in Betrieb nahm.

Das erste erfolgreiche Elektroauto wurde 1890 in den Vereinigten Staaten hergestellt. William Morrison von Des Moines, Iowa, baute ein Elektrofahrzeug, das bis zu sechs Passagiere aufnehmen konnte und 6 bis 12 Meilen pro Stunde erreichen konnte. Spezifikationen für die 1890 Morrison Electric enthalten 24 Speicherbatteriezellen unter dem Vordersitz montiert. Das Fahrzeug konnte eine Strecke von 100 Meilen zurücklegen, bevor es wieder aufgeladen werden musste.

Diese erste Erfindung hat das Interesse an Elektroautos geweckt, und Autohersteller haben begonnen, ihre eigenen Versionen rund um den Globus zu bauen. Aufgrund des extremen plötzlichen Interesses erreichten Elektroautos ihre höchste Popularität um 1900 und machten einen Großteil aller Fahrzeuge auf der Straße aus.

Zu dieser Zeit waren Elektroautos die bevorzugten Fahrzeuge. Benzinbetriebene Fahrzeuge erforderten viel Kraftaufwand, vom Gangwechsel bis zum Anlassen des Motors mit einer Handkurbel, sowie andere Nachteile wie starke und unangenehme Abgase.

Allerdings wurden Verbesserungen an dem benzinbetriebenen Auto vorgenommen, die dazu führten, dass das Elektroauto an Fahrt verlor. Die Handkurbel wurde bald durch einen elektrischen Starter ersetzt und benzinbetriebene Fahrzeuge wurden erschwinglicher. Benzinautos überwand bald die Popularität von Elektrofahrzeugen.

Um 1935 verschwanden Elektroautos praktisch. Erst in den 1970er Jahren, als eine Gasknappheit einsetzte, die die Gaspreise in die Höhe trieb, strömten Elektroautos zurück auf den Markt. Benzinbetriebene Autos blieben aufgrund der besseren Leistung und Zuverlässigkeit immer beliebter.

In den 1990er Jahren wurden Elektroautos populärer, als sich die Umweltbelange der Gesellschaft zu steigern begannen. Zu Beginn des 21. Jahrhunderts sah die Technologie der Elektroautos mit der Einführung des Toyota Prius, des ersten serienmäßig hergestellten Elektrofahrzeugs, vielversprechender aus als je zuvor. Heute sind Elektrofahrzeuge auf dem Vormarsch und nehmen weiter zu, da mehr Amerikaner ein effizienteres und umweltfreundlicheres Fahrzeug verlangen.

Nachteile
Wie bei anderen Elektrofahrzeugen wird auch die Klimatisierung und extreme Kälte die Leistung von Elektrobussen schwächen. Darüber hinaus kann das Gelände eine Herausforderung für die Einführung von Elektrofahrzeugen darstellen, die gespeicherte Energie im Vergleich zu Oberleitungsbussen transportieren, die Strom aus Freileitungen beziehen. Selbst bei günstigen Bedingungen sind hohe lokale Versor- gungsraten (insbesondere in Zeiten hoher Nachfrage) und firmeneigene Gebührensysteme Hindernisse für die Einführung.

Batterieelektrischer Bus
Eine der beliebtesten Arten von elektrischen Bussen heutzutage sind batterieelektrische Busse. Bei batterieelektrischen Bussen wird der Strom an Bord des Fahrzeugs in einer Batterie gespeichert. Heute können solche Busse eine Reichweite von über 200 km mit nur einer Ladung haben. Diese Busse werden aufgrund der Besonderheiten in begrenzter Reichweite in der Regel als Stadtbusse eingesetzt.

Das Fahren in der Stadt beschleunigt und bremst stark. Aus diesem Grund ist der Batterie-Elektrobus dem Dieselbus überlegen, da er den größten Teil der kinetischen Energie in den Bremssituationen zurück in die Batterien laden kann. Dies reduziert den Bremsverschleiß der Busse und der Einsatz von Elektro-Diesel kann die Luftqualität in den Städten verbessern.

Wenn Sie innerhalb einer Stadt arbeiten, ist es wichtig, das unbelastete und rollende Gewicht des Busses zu minimieren. Dies kann erreicht werden, indem Aluminium als Hauptbaumaterial für einen Bus verwendet wird. Verbundplatten und andere leichte Materialien können ebenfalls verwendet werden. Laut Linkkebus ist ihre Vollaluminium-Buskonstruktion etwa 3000 kg leichter als vergleichbare moderne Stahlbusse (Leergewicht 9500 kg). Die Gewichtsreduzierung ermöglicht eine größere Nutzlast und verringert den Verschleiß von Komponenten wie Bremsen, Reifen und Gelenken, was dem Betreiber jährliche Kosteneinsparungen bringt.

Der EcoRide BE35-Transitbus von Proterra, der Ecoliner von Foothill Transit mit Sitz in West Covina, Kalifornien, ist der erste batteriebetriebene Hochleistungs-Schnellladebus der Welt. Das ProDrive-Antriebssystem von Proterra verwendet einen UQM-Motor und regeneratives Bremsen, das 90% der verfügbaren Energie aufnimmt und an das TerraVolt-Energiespeichersystem zurückgibt, was wiederum die Gesamtdistanz des Busses um 31-35% erhöht. Es kann 30-40 Meilen mit einer einzigen Ladung fahren, ist bis zu 600% sparsamer als ein typischer Diesel- oder CNG-Bus und produziert 44% weniger Kohlenstoff als CNG.

Aufladen
Das Laden von elektrischen Busbatterien ist nicht so einfach wie das Tanken von Dieselmotoren. Besondere Aufmerksamkeit, Überwachung und Planung sind erforderlich, um den Ladevorgang optimal zu nutzen und gleichzeitig die ordnungsgemäße Wartung und Aufbewahrung der Batterie zu gewährleisten. Einige Betreiber bewältigen diese Herausforderungen, indem sie zusätzliche Busse kaufen. Auf diese Weise kann das Laden nur in der Nacht stattfinden. Es ist eine sichere Lösung, aber auch sehr teuer und nicht skalierbar. Die wirkliche Lösung besteht darin, sicherzustellen, dass der tägliche Fahrplan des Fahrzeugs auch die Notwendigkeit berücksichtigt, Gebühren zu erheben, wobei der Gesamtfahrplan so optimal wie möglich gehalten wird.

Heute helfen verschiedene Softwareunternehmen den Busbetreibern bei der Verwaltung ihres Ladeplans für Elektrobusse. Diese Lösungen stellen sicher, dass die Busse weiterhin sicher und ohne ungeplante Zwischenstopps und Unannehmlichkeiten für die Fahrgäste arbeiten.

Für die Kommunikation zwischen Ladegerät und Elektrobus wird das gleiche ISO-15118-Protokoll verwendet wie für das Laden von Personenkraftwagen. Die einzigen Unterschiede liegen in Ladeleistung, Spannung und Koppler.

Stromabnehmer und Unterbodenschutz an Bushaltestellen
Pantographen und Unterboden-Kollektoren sind in Bushaltestellen integriert, um die Wiederaufladung des Elektrobusses zu beschleunigen. Dadurch kann eine kleinere Batterie am Bus verwendet werden, was die Erstinvestition und die Folgekosten reduziert.

Autonome (selbstfahrende) Elektrobusse
Ein autonomer Bus ist ein elektrisch angetriebenes, selbstfahrendes Fahrzeug, das zwölf oder mehr Passagiere befördert. Autonome Busse werden ohne Fahrer im Fahrzeug betrieben und nutzen stattdessen Kameras, Sensoren und Fernbedienungen, um den Verkehr sicher zu steuern.

Zink-Luft-Batterie
Es wird ein 40 Fuß (12,2 m) reiner Elektrobus entwickelt, der eine vorkommerzielle Batterietechnologie verwendet. Electric Fuel Corporation entwickelt und demonstriert einen 12,2 m langen elektrischen Bus, der von einer Zink-Luft-Zelle angetrieben wird, zusammen mit einem Ultrakondensator. Das Zink-Luft-Energiegerät, oft als Batterie bezeichnet, wandelt Zink in ein Verfahren um, das dem Bus Energie liefert. Der Bus wird nicht aufgeladen; Stattdessen werden die Zinkoxid-Kartuschen gegen neue Zink-Kartuschen ausgetauscht. Dieser Bus hat eine Reichweite von über 100 Meilen (160 km) in Tests gezeigt und wurde in Las Vegas, Nevada demonstriert. Diese Technologie befindet sich jedoch in der Entwicklungsphase, und es müssen noch einige große Hürden überwunden werden, bevor sie für den Transitflottengebrauch, einschließlich der verfügbaren Betankungsinfrastruktur oder der Verwendung in Busbahnhöfen, übernommen werden können.

Kondensatoren Bus
Busse können Kondensatoren anstelle von Batterien verwenden, um ihre Energie zu speichern. Ultrakondensatoren können nur etwa 5 Prozent der Energie speichern, die Lithium-Ionen-Batterien für das gleiche Gewicht bereithalten, und begrenzen sie auf ein paar Kilometer pro Ladung. Ultrakondensatoren können jedoch viel schneller laden und entladen als herkömmliche Batterien. Bei Fahrzeugen, die im Normalbetrieb häufig und vorhersehbar anhalten müssen, kann ein Energiespeicher, der ausschließlich auf Ultrakondensatoren basiert, eine Lösung sein.

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China experimentiert mit einer neuen Form des elektrischen Busses, dem sogenannten Capabus, der ohne durchgängige Freileitungen auskommt, indem er die in großen elektrischen Doppelschicht-Kondensatoren gespeicherte Energie nutzt, die bei jedem Halt des Fahrzeugs an einer Bushaltestelle schnell wieder aufgeladen wird sogenannte elektrische Schirme) und in der Endstation voll aufgeladen.

Einige Prototypen wurden Anfang 2005 in Shanghai getestet. Im Jahr 2006 begannen zwei kommerzielle Buslinien mit elektrischen Doppelschicht-Kondensatorbussen; Einer von ihnen ist die Route 11 in Shanghai. 2009 testen Sinautec Automobile Technologies mit Sitz in Arlington, VA, und ihr chinesischer Partner, die Shanghai Aowei Technology Development Company, seit 2006 mit 17 Einplatz-Ultracap-Bussen, die den Großraum Shanghai bedienen, ohne größere technische Probleme. Weitere 60 Busse werden Anfang nächsten Jahres mit Ultrakondensatoren geliefert, die 10 Wattstunden pro Kilogramm liefern.

Die Busse haben sehr vorhersehbare Routen und müssen regelmäßig anhalten, alle 3 Meilen (4,8 km), was Möglichkeiten für schnelles Aufladen bietet. Der Trick besteht darin, einige Haltestellen entlang der Strecke in Ladestationen zu verwandeln. An diesen Stationen steigt ein Kollektor oben auf dem Bus ein paar Meter hoch und berührt eine Überland-Ladeleitung. Innerhalb weniger Minuten sind die unter den Bussitzen platzierten Ultrakondensatorbanken voll geladen. Die Busse können auch Energie aus dem Bremsen sammeln, und das Unternehmen sagt, dass Ladestationen mit Solarzellen ausgestattet werden können. Eine dritte Generation des Produkts wird eine Reichweite von 32 km pro Ladung oder besser ergeben. Ein solcher Bus wurde im Mai 2014 für 9 Monate in Sofia, Bulgarien, ausgeliefert. Es umfasst 23 km in 2 Ladungen.

Sinautec schätzt, dass einer seiner Busse ein Zehntel der Energiekosten eines Dieselbus hat und eine Kraftstoffeinsparung von bis zu 200.000 US-Dollar erreichen kann. Außerdem verbrauchen die Busse im Vergleich zu einem elektrischen Oberleitungsbus 40 Prozent weniger Strom, hauptsächlich weil sie leichter sind und die Vorteile der regenerativen Bremsung haben. Die Ultrakondensatoren bestehen aus Aktivkohle und haben eine Energiedichte von sechs Wattstunden pro Kilogramm (zum Vergleich kann eine Hochleistungs-Lithium-Ionen-Batterie 200 Wattstunden pro Kilogramm erreichen), aber der Ultrakondensatorbus ist auch billiger als Lithium-Ionen-Batterie-Busse, etwa 40 Prozent weniger teuer, mit einer weit überlegenen Zuverlässigkeit.

Es gibt auch eine Plug-in-Hybrid-Version, die auch Ultracaps verwendet.

Zukünftige Entwicklungen
Sinautec diskutiert mit Schindall von MIT über die Entwicklung von Ultrakondensatoren höherer Energiedichte mit vertikal ausgerichteten Kohlenstoff-Nanoröhren-Strukturen, die den Geräten mehr Oberfläche für die Aufnahme von Ladung geben. Bisher können sie die doppelte Energiedichte eines vorhandenen Ultrakondensators erreichen, aber sie versuchen, etwa fünf Mal zu erreichen. Dies würde einen Ultrakondensator mit einem Viertel der Energiedichte einer Lithium-Ionen-Batterie schaffen.

Zukünftige Entwicklungen schließen die Verwendung von induktivem Laden unter der Straße ein, um eine Überkopfverdrahtung zu vermeiden. Ein Pad unter jeder Bushaltestelle und bei jedem Halt Licht auf dem Weg würde verwendet werden.

Schulbusse
Im Jahr 2014 wurde der erste vollelektrische Schulbus des Produktionsmodells an den Kings Canyon Unified School District im kalifornischen San Joaquin Valley geliefert. Der Class-A-Schulbus wurde von Trans Tech Bus gebaut, wobei ein elektrisches Antriebsstrangsteuerungssystem verwendet wurde, das von Motiv Power Systems aus Foster City, Kalifornien, entwickelt wurde. Der Bus war einer von vier, die der Bezirk bestellt hatte. Die erste Runde von SST-e-Bussen (wie sie genannt werden) wird zum Teil durch das AB 118 Air Quality Improvement Programm finanziert, das vom California Air Resources Board verwaltet wird.

Das Trans Tech / Motiv Fahrzeug hat alle KCUSD und California Highway Patrol Inspektionen und Zertifizierungen bestanden. Obwohl einige Dieselhybride im Einsatz sind, ist dies der erste moderne elektrische Schulbus, der von jedem Staat für den Transport von Studenten zugelassen ist.

Seit 2015 bietet der kanadische Hersteller Lion Bus einen großen Schulbus, eLion, mit einem Körper aus Verbundwerkstoffen. Es ist eine reguläre Produktionsversion, die seit Anfang 2016 gebaut und ausgeliefert wird. Bis 2017 werden rund 50 Einheiten verkauft.

Hybridbusse
Ende der 1990er Jahre wurde die Elektrotechnik schrittweise in autonome Fahrzeuge integriert. Fahrzeuge, die sauberer als herkömmliche Dieselbusse und unabhängiger als Obusse sind, wurden entwickelt: So sehen Hybridbusse aus. Diese Fahrzeuge kombinieren zwei Motoren, eine elektrische und eine thermische, um eine optimale Nutzung des Kraftstoffs zu ermöglichen (Einsparungen von 10 bis 30%). Obwohl sie die Technologie der elektrischen Traktion und der kinetischen Energierückgewinnung (oder sogar für eine gewisse Speicherung von Energie in Batterien, dann wiederaufladbares Hybridfahrzeug) verwenden, arbeiten sie dank des Brennstoffs anders als der elektrische Bus, dessen Energiequelle nur Elektrizität ist.

Autonome elektrische Busse
Heute sind autonome Elektrobusse in Entwicklung und einige Hersteller (Power Vehicle Innovation, Renault Trucks, …) sind in der Lage, eine ausreichende Autonomie anzubieten, um den Betreibern die Möglichkeit zu geben, einen städtischen Nahverkehr ohne Einschränkungen anzubieten. Infrastruktur. Einige sind seit mehreren Jahren in Gebrauch, wie zum Beispiel Montmartrobus, ein Bus, der seit 2000 von der Régie Autonome des Transports Parisiens (RATP) betrieben wird. Busse mit Superkondensatoren (Linie Tosa von Genf) würden weniger Investitionskosten verursachen als eine Linie Linienbus, in der Größenordnung von einer Million Euro pro km.

Technologie
Die Elektrobusse arbeiten nach dem gleichen Prinzip wie die Thermobusse, dh dank einer Traktionskette, die mit einem batteriebetriebenen Elektromotor betrieben wird (der Energiespeicher ist durch den Einsatz von Akkumulatoren anstelle von Treibstoff an Strom angepasst) Tank der thermischen Fahrzeuge). Die mit Elektromotoren erzielte Leistung ermöglicht ausreichende Geschwindigkeiten für den Stadtverkehr (mehr als 70 km / h).

Batterien
Aus der Sicht des Energiespeichers hat sich in der Forschung im Wesentlichen die Batterietechnik entwickelt (insbesondere Lithium-Ionen-Batterien mit höherem spezifischem Gewicht). Heute ermöglicht diese Technologie die nachhaltige Nutzung moderner Modelle und die Entwicklung des Elektrobusses sowie das Bewusstsein für die Umweltauswirkungen konventioneller Transportfahrzeuge. Obwohl sie mehr Platz als ein Kraftstofftank einnehmen, können Batterien heute einen Platz einnehmen, der vernünftig genug ist, dass wir sie nicht bemerken. Diese Autonomie wird besonders durch das kinetische Energierückgewinnungssystem während der Brems- oder Bremsphasen verbessert und erholt sich bis zu einer Schwelle von 20%. . Im Vergleich zur Dieseltechnologie beträgt die Energieeffizienz von Elektrofahrzeugen insgesamt rund 90%, verglichen mit 40% für Benzinfahrzeuge.

Vorteile

Ökologischer Vorteil
Im Gebrauch emittiert ein elektrischer Bus keine Treibhausgase. Die Stromerzeugung kann je nach Herstellungsprozess zu Treibhausgasemissionen (wie Kohlendioxid) führen: Der CO2-Fußabdruck eines Elektrobusses ist nicht Null, sondern neigt zu sehr geringen Umweltbelastungen.

Umweltvorteil
Ein Elektrobus verursacht im Vergleich zum Wärmekabelbus nur sehr wenig Lärm und könnte daher, wenn er verallgemeinert würde, die Lebensqualität in städtischen Gebieten verbessern, indem die Lärmbelästigung öffentlicher Verkehrsmittel verringert wird.

Anpassung an die Stadtlandschaft
Die kombinierten ökologischen und ökologischen Vorteile ermöglichen es, dass Elektrobusse unaufdringlich und sauber sind (das Fehlen von Treibhausgasemissionen ist kein Problem, ebenso wie ein Heizungsbus in Bereichen, die stark von Fußgängern frequentiert werden). Diese Eigenschaften wurden oft für den Gebrauch in der Stadt beibehalten: viele kleine Elektrobusse, die in der Innenstadt in Wohngebieten und schmalen Straßen, die von Fußgängern frequentiert werden, verwendet werden.

Wirtschaftliche Aspekte
Elektrische Energie ist billiger zu verwenden als Kraftstoff, das Aufladen eines kleinen elektrischen Busses kostet 2 Euro. Die Kosten für Elektrobusse variieren jedoch stark in Abhängigkeit vom Typ des Busses: Trolleybus, Bus mit Kondensatoren, Gyrobus, Hybrid. Einige Studien schätzen jedoch die Kosten eines Batterie-Elektrobusses als Investitionskosten und Betrieb von 5 bis 10 12 mal höher als ein Obus.

Nachteile

Autonomie
Die Autonomie ist noch nicht so wichtig wie die thermischer Fahrzeuge. Während die geringere Autonomie von Batterien für Elektrofahrzeuge eine technologische Grenze für den Einsatz von Elektrofahrzeugen für den Individualverkehr zu sein scheint, ist die Anwendung von Elektrofahrzeugen für Busfahrten rationeller. Vorlaufweg-, Startpunkt-, Endpunkt- und Einbauberechnungen können einfach entsprechend vorgenommen werden. Darüber hinaus wird auf diesem Gebiet weiterhin geforscht, um erstens die Lebensdauer der Batterie zu verbessern und zweitens die Batterie dank Superkondensatoren schneller aufladen zu können.

Infrastruktur
Ladestationen für Elektrofahrzeuge sind derzeit nicht so verbreitet wie Tankstellen, aber diese Infrastrukturen sind in der Regel immer weniger schwer

Kosten
Elektrobusse stellen eine Anschaffung dar (teurer als ein Thermobus vom Typ Diesel), obwohl die Einsparungen im Hinblick auf den Energieverbrauch folgen können: der Strompreis ist insgesamt niedriger als der Brennstoff (wegen TIPP) und die beste Energieeffizienz. So zum Vergleich, der Kosten für den Betrieb von Oberleitungsbussen, ist niedriger als die einer Straßenbahn, die sich selbst mindestens weniger als die Hälfte von der eines Diesel-Bus kostet.

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