Autobús eléctrico

Un autobús eléctrico es un autobús que funciona con electricidad.

Los autobuses eléctricos pueden almacenar la electricidad a bordo o pueden alimentarse continuamente desde una fuente externa. Los buses que almacenan electricidad son principalmente buses eléctricos de batería, en los que el motor eléctrico obtiene energía de una batería de a bordo, aunque existen ejemplos de otros modos de almacenamiento, como el giroscopio que usa almacenamiento de energía en el volante. En el segundo caso, la electricidad se suministra por contacto con fuentes de energía externas. Por ejemplo, cables aéreos, como en el trolebús, o con conductores sin contacto en el suelo, como se ve en el vehículo eléctrico en línea. Este artículo trata principalmente con autobuses que almacenan la electricidad a bordo.

A partir de 2017, el 99% de los autobuses eléctricos se han desplegado en China, con más de 385,000 autobuses en la carretera, que es el 17% de la flota total de autobuses de China.

Historia
Los vehículos eléctricos han existido desde el siglo XIX. A principios del siglo XIX, investigadores de Hungría, los Países Bajos y los Estados Unidos comenzaron a explorar la idea de los vehículos a batería. Anteriormente había habido progreso con un carro eléctrico, un carro sin caballos que funcionaba con un motor eléctrico. Sin embargo, como la gente quería moverse más fácil y rápidamente, los automóviles se convirtieron en una alternativa más rápida y más razonable que los carruajes tirados por caballos.

En 1835, al estadounidense Thomas Davenport se le atribuye la construcción del primer vehículo eléctrico práctico, una pequeña locomotora. Desarrolló un motor eléctrico a batería que usó para operar un pequeño modelo en una sección corta de la vía.

El primer automóvil eléctrico exitoso se fabricó en los Estados Unidos en 1890. William Morrison de Des Moines, Iowa, construyó un vehículo eléctrico que podía contener hasta seis pasajeros y podía alcanzar de 6 a 12 millas por hora. Las especificaciones para el 1890 Morrison Electric incluyen 24 celdas de batería de almacenamiento montadas debajo del asiento delantero. El vehículo podría viajar por un rango de 100 millas antes de necesitar ser recargado.

Esta invención inicial ayudó a despertar el interés en los automóviles eléctricos, y los fabricantes de automóviles comenzaron a construir sus propias versiones en todo el mundo. Debido al gran interés repentino, los automóviles eléctricos alcanzaron su máxima popularidad en 1900 y constituyeron la mayoría de los vehículos en la carretera.

En este momento, los vehículos eléctricos eran los vehículos preferidos. Los vehículos propulsados ​​por gasolina requerían mucho esfuerzo para conducir, desde cambiar de marcha hasta arrancar el motor con una manivela, así como otros inconvenientes como humos de escape fuertes y desagradables.

Sin embargo, se hicieron mejoras en el automóvil impulsado por gasolina que causó que el automóvil eléctrico perdiera algo de impulso. La manivela pronto fue reemplazada por un arranque eléctrico y los vehículos a gasolina se volvieron más asequibles. Los automóviles de gasolina pronto superaron la popularidad de los vehículos eléctricos.

En 1935, los automóviles eléctricos prácticamente desaparecieron. No fue hasta la década de 1970 cuando se produjo una escasez de gas, que los precios de la gasolina se dispararon, que los autos eléctricos volvieron a entrar en el mercado. Los autos que funcionan con gasolina seguían siendo más populares debido a un mejor rendimiento y confiabilidad.

La década de 1990 vio a los autos eléctricos hacerse más populares a medida que la preocupación social por el medioambiente comenzó a aumentar. A comienzos del siglo XXI, la tecnología de los autos eléctricos parecía más prometedora que nunca con el lanzamiento del Toyota Prius, el primer vehículo eléctrico de mayor fabricación. Hoy en día, los vehículos eléctricos van en aumento y continúan avanzando a medida que más estadounidenses demandan un vehículo más eficiente y ecológico.

Inconvenientes
Al igual que con otros vehículos eléctricos, el control del clima y el clima extremadamente frío debilitarán el rendimiento de los autobuses eléctricos. Además, el terreno puede suponer un desafío para la adopción de vehículos eléctricos que transportan energía almacenada en comparación con los trolebuses, que obtienen energía de las líneas aéreas. Incluso cuando las condiciones son favorables, las altas tarifas de los servicios locales (especialmente durante los períodos de mayor demanda) y los sistemas de cobro patentados plantean barreras para la adopción.

Autobús eléctrico de la batería
Uno de los tipos más populares de autobuses eléctricos hoy en día son los autobuses eléctricos con batería. Los autobuses eléctricos con batería tienen la electricidad almacenada a bordo del vehículo en una batería. Hoy tales autobuses pueden tener un alcance de más de 200 km con solo una carga. Estos autobuses se utilizan generalmente como autobuses urbanos debido a las particularidades en un rango limitado.

La conducción por la ciudad es principalmente aceleradora y de frenada. Debido a esto, el bus eléctrico de la batería es superior al bus diésel, ya que puede recargar la mayor parte de la energía cinética en baterías en situaciones de frenado. Esto reduce el desgaste de los frenos en los autobuses y el uso de electricidad sobre diesel puede mejorar la calidad del aire en las ciudades.

Cuando se opera dentro de una ciudad, es importante minimizar el peso descargado y rodante del autobús. Esto se puede lograr usando aluminio como el material de construcción principal para un autobús. También se pueden usar paneles compuestos y otros materiales ligeros. Según Linkkebus, su construcción de autobús completamente de aluminio es aproximadamente 3000 kg más ligera que los autobuses de acero modernos de tamaño comparable (peso en vacío 9500 kg). La reducción del peso permite una mayor carga útil y reduce el desgaste de los componentes como los frenos, los neumáticos y las juntas, lo que genera un ahorro de costes para el operador anualmente.

El autobús de tránsito EcoRide BE35 de Proterra, llamado Ecoliner by Foothill Transit con sede en West Covina, California, es el primer autobús pesado de carga rápida y batería eléctrica del mundo. El sistema de propulsión ProDrive de Proterra utiliza un motor UQM y frenado regenerativo que captura el 90% de la energía disponible y la devuelve al sistema de almacenamiento de energía TerraVolt, que a su vez aumenta la distancia total que el autobús puede conducir en un 31-35%. Puede viajar de 30 a 40 millas con una sola carga, es hasta un 600% más eficiente en combustible que un típico autobús diesel o de GNC, y produce un 44% menos de carbono que el GNC.

Cargando
Cargar baterías de autobuses eléctricos no es tan simple como reabastecer el motor diesel. Se requiere una atención especial, monitoreo y programación para hacer un uso óptimo del proceso de carga, al tiempo que se garantiza un mantenimiento y una conservación adecuados de la batería. Algunos operadores manejan estos desafíos comprando autobuses adicionales. De esta forma, la carga solo puede tener lugar por la noche. Es una solución segura, pero también muy costosa y no escalable. La verdadera solución es garantizar que el programa diario del vehículo tenga en cuenta también la necesidad de cargar, manteniendo el cronograma general lo más cercano posible al óptimo.

Hoy en día, hay varias compañías de software que ayudan a los operadores de autobuses a gestionar su calendario de carga de autobuses eléctricos. Estas soluciones aseguran que los autobuses continúen operando de manera segura, sin paradas no planificadas e inconvenientes para los pasajeros.

Para la comunicación entre el cargador y el bus eléctrico, se utiliza el mismo protocolo ISO 15118 que para la carga de vehículos de pasajeros. Las únicas diferencias están en la potencia de carga, el voltaje y el acoplador.

Pantógrafos y colectores de bajos en paradas de autobús
Los pantógrafos y colectores de bajos se integran en las paradas de autobús para acelerar la recarga del autobús eléctrico, lo que permite utilizar una batería más pequeña en el autobús, lo que reduce la inversión inicial y los costos posteriores.

Autobuses eléctricos autónomos (autónomos)
Un autobús autónomo es un vehículo autónomo de propulsión eléctrica que transporta doce o más pasajeros. Los autobuses autónomos son operados sin un conductor dentro del vehículo, en lugar de eso utilizan cámaras, sensores y controles remotos para dirigirse adecuadamente a través del tráfico.

Batería de zinc-aire
Se está desarrollando un bus eléctrico puro de 40 pies (12,2 m), que utiliza una tecnología de batería precomercial. Electric Fuel Corporation está desarrollando y demostrando un bus eléctrico de 40 pies (12,2 m) alimentado por una celda de aire de zinc, junto con un ultracondensador. El dispositivo de energía de zinc y aire, a menudo descrito como una batería, convierte el zinc en óxido de zinc en un proceso que proporciona energía al autobús. El autobús no está recargado; en su lugar, los cartuchos de óxido de zinc se intercambian por nuevos de zinc. Este autobús ha mostrado un rango de más de 100 millas (160 km) en pruebas y se ha demostrado en Las Vegas, Nevada. Sin embargo, esta tecnología se encuentra en la fase de desarrollo y se deben superar varios obstáculos importantes antes de que pueda adoptarse para el uso de la flota de tránsito, incluida la infraestructura de reabastecimiento disponible o el uso en estaciones de autobuses.

Condensadores de bus
Los autobuses pueden usar condensadores en lugar de baterías para almacenar su energía. Los ultracondensadores solo pueden almacenar aproximadamente el 5 por ciento de la energía que las baterías de iones de litio mantienen por el mismo peso, limitándolas a un par de millas por carga. Sin embargo, los ultracondensadores pueden cargar y descargar mucho más rápidamente que las baterías convencionales. En vehículos que tienen que detenerse con frecuencia y de manera predecible como parte de una operación normal, el almacenamiento de energía basado exclusivamente en ultracondensadores puede ser una solución.

China está experimentando con una nueva forma de bus eléctrico, conocido como Capabus, que funciona sin líneas aéreas continuas mediante el uso de energía almacenada en grandes condensadores eléctricos de doble capa a bordo, que se recargan rápidamente cada vez que el vehículo se detiene en cualquier parada de autobús (bajo los llamados paraguas eléctricos), y completamente cargados en el terminal.

A principios de 2005 se estaban probando algunos prototipos en Shanghai. En 2006, dos rutas de autobuses comerciales comenzaron a utilizar autobuses eléctricos de condensadores de doble capa; uno de ellos es la ruta 11 en Shanghai. En 2009, Sinautec Automobile Technologies, con sede en Arlington, VA, y su socio chino, Shanghai Aowei Technology Development Company, están probando con 17 autobuses Ultracap de cuarenta y un asientos en el área metropolitana de Shanghai desde 2006 sin mayores problemas técnicos. A principios del próximo año se entregarán otros 60 autobuses con ultracondensadores que suministran 10 vatios-hora por kilogramo.

Los autobuses tienen rutas muy predecibles y deben detenerse regularmente, cada 3 millas (4,8 km), lo que permite la posibilidad de una recarga rápida. El truco es convertir algunas paradas de autobús a lo largo de la ruta en estaciones de carga. En estas estaciones, un colector en la parte superior del autobús se eleva unos metros y toca una línea de carga aérea. En un par de minutos, los bancos de ultracondensadores almacenados debajo de los asientos del autobús están completamente cargados. Los autobuses también pueden capturar energía del frenado, y la compañía dice que las estaciones de recarga pueden estar equipadas con paneles solares. Una tercera generación del producto dará 20 millas (32 km) de alcance por carga o superior. Tal autobús fue entregado en Sofía, Bulgaria en mayo de 2014 para la prueba de 9 meses. Cubre 23 km en 2 cargas.

Sinautec estima que uno de sus autobuses tiene un décimo del costo de energía de un autobús diesel y puede lograr un ahorro de combustible de por vida de $ 200,000. Además, los autobuses usan un 40 por ciento menos de electricidad en comparación con un trolebús eléctrico, principalmente porque son más livianos y tienen los beneficios de frenado regenerativo. Los ultracondensadores están hechos de carbón activado y tienen una densidad de energía de seis vatios-hora por kilogramo (en comparación, una batería de iones de litio de alto rendimiento puede alcanzar 200 vatios-hora por kilogramo), pero el autobús ultracondensador también es más económico que Los buses de baterías de iones de litio, aproximadamente un 40 por ciento menos costosos, con una clasificación de fiabilidad muy superior.

También hay una versión híbrida enchufable, que también usa ultracaps.

Futuros desarrollos
Sinautec está en conversaciones con Schindall de MIT sobre el desarrollo de ultracondensadores de mayor densidad de energía utilizando estructuras de nanotubos de carbono alineadas verticalmente que les dan a los dispositivos más área de superficie para contener una carga. Hasta ahora, son capaces de obtener el doble de la densidad de energía de un ultracondensador existente, pero están tratando de obtener alrededor de cinco veces. Esto crearía un ultracondensador con un cuarto de la densidad de energía de una batería de iones de litio.

Desarrollos futuros incluyen el uso de carga inductiva debajo de la calle, para evitar el cableado aéreo. Se usará una plataforma debajo de cada parada de autobús y en cada luz de parada a lo largo del camino.

Autobuses escolares
En 2014, el primer autobús escolar totalmente eléctrico con modelo de producción fue entregado al Distrito Escolar Unificado Kings Canyon en el Valle de San Joaquín de California. El autobús escolar Clase A fue construido por Trans Tech Bus, utilizando un sistema eléctrico de control de tren motriz desarrollado por Motiv Power Systems, de Foster City, California. El autobús fue uno de los cuatro que ordenó el distrito. La primera ronda de autobuses SST-e (como se les llama) está financiada en parte por el Programa de Mejora de la Calidad del Aire AB 118 administrado por la Junta de Recursos del Aire de California.

El vehículo Trans Tech / Motiv ha pasado todas las inspecciones y certificaciones de KCUSD y de la Patrulla de Caminos de California. Aunque algunos híbridos diesel están en uso, este es el primer autobús escolar eléctrico moderno aprobado para el transporte de estudiantes por cualquier estado.

Desde 2015, el fabricante canadiense Lion Bus ofrece un autobús escolar de tamaño completo, eLion, con un cuerpo hecho de materiales compuestos. Es una versión de producción regular que se construye y se envía en volumen desde principios de 2016, con alrededor de 50 unidades vendidas hasta 2017.

Autobuses híbridos
A fines de la década de 1990, la tecnología eléctrica se incorporó gradualmente a los vehículos autónomos. Se han desarrollado vehículos más limpios que los autobuses diesel convencionales y más independientes que los trolebuses: esta es la apariencia de los autobuses híbridos. Estos vehículos combinan dos motores, uno eléctrico y uno térmico, para permitir un uso más óptimo del combustible (ahorros de 10 a 30%). Sin embargo, a pesar de que utilizan la tecnología de tracción eléctrica y recuperación de energía cinética (o incluso almacenamiento de energía en baterías, entonces llamado vehículo híbrido recargable), operan gracias al combustible a diferencia del bus eléctrico cuya fuente de energía es solo electricidad.

Autobuses eléctricos autónomos
Hoy en día, los autobuses eléctricos autónomos están en desarrollo y algunos fabricantes (Power Vehicle Innovation, Renault Trucks, …) pueden ofrecer suficiente autonomía para permitir a los operadores proporcionar un servicio de transporte urbano sin restricciones. infraestructura. Algunos han estado en uso durante varios años, como Montmartrobus, un autobús operado por la Régie Autonome des Transports Parisiens (RATP) desde 2000. Los autobuses con supercondensadores (línea Tosa de Ginebra) representarían un costo de inversión menor que el de una línea oftrolleybus, del orden de un millón de euros por Km.

Tecnología
Los autobuses eléctricos funcionan con el mismo principio que los autobuses térmicos, es decir, gracias a una cadena de tracción que funciona con un motor eléctrico que funciona con baterías (el almacenamiento de energía se adapta a la electricidad mediante el uso de baterías de acumuladores en lugar de combustible tanque de los vehículos térmicos). La potencia obtenida con motores eléctricos permite velocidades suficientes para uso urbano (más de 70 km / h).

Baterías
Desde el punto de vista del almacenamiento de energía, es esencialmente la tecnología de la batería la que ha evolucionado en la investigación (especialmente las baterías de iones de litio con mayor gravedad específica). Hoy en día, esta tecnología permite el uso sostenible de modelos contemporáneos y el desarrollo del autobús eléctrico, además de la conciencia del impacto ambiental de los vehículos de tránsito convencionales. Aunque ocupan más espacio que un tanque de combustible, hoy las baterías pueden ocupar un lugar lo suficientemente razonable como para que no notemos. Esta autonomía se mejora especialmente a través del sistema de recuperación de energía cinética durante las fases de desaceleración o frenado, recuperando hasta un umbral de 20% . En comparación con la tecnología Diesel, la eficiencia energética de los vehículos eléctricos es aproximadamente del 90% en general, en comparación con el 40% de los vehículos a gasolina.

Ventajas

Ventaja ecológica
En uso, un autobús eléctrico no emite gases de efecto invernadero. La generación de electricidad puede, de acuerdo con su proceso de fabricación, dar como resultado emisiones de gases de efecto invernadero (como el dióxido de carbono): la huella de carbono de un autobús eléctrico no es cero, sino que tiende a niveles muy bajos de contaminación.

Ventaja ambiental
Un autobús eléctrico hace muy poco ruido en comparación con el autobús térmico y, por lo tanto, si se generalizara para mejorar la calidad de vida de los entornos urbanos, reduciendo la contaminación acústica de los vehículos de transporte público.

Adaptación al paisaje urbano
Los beneficios ecológicos y ambientales combinados permiten que los autobuses eléctricos sean discretos y limpios (la ausencia de emisiones de gases de efecto invernadero no es un problema, como lo sería un autobús de calor en áreas muy frecuentadas por peatones). Estas características a menudo se han conservado para su uso en la ciudad: muchos pequeños autobuses eléctricos que se utilizarán en el centro de la ciudad en áreas residenciales y calles estrechas frecuentadas por peatones.

Aspectos económicos
La energía eléctrica es más barata de usar que el combustible, cargar un pequeño autobús eléctrico es de 2 euros. Sin embargo, el costo de los autobuses eléctricos varía mucho según el tipo de autobús: Trolebús, autobús con condensadores, Gyrobus, híbridos … Sin embargo, algunos estudios estiman que el costo de un autobús eléctrico con batería representa un costo de inversión y opera de 5 a 10 12 veces más alto que un trolebús.

Desventajas

Autonomía
La autonomía aún no es tan importante como la de los vehículos térmicos. Sin embargo, aunque la menor autonomía de las baterías para vehículos eléctricos parece un límite tecnológico para el uso de vehículos eléctricos para uso individual 13, la aplicación de vehículos eléctricos para viajes en autobús es más racional. La longitud de la ruta avanzada, el punto inicial, el punto final y los cálculos de instalación se pueden realizar fácilmente en consecuencia. Además, la investigación llevada a cabo en este campo continúa, en primer lugar, para mejorar la duración de la batería y, en segundo lugar, para que las baterías se recarguen más rápido gracias a los supercondensadores.

Infraestructura
Los puntos de carga para vehículos eléctricos actualmente no están tan extendidos como las gasolineras, pero estas infraestructuras tienden a ser cada vez menos pesadas

Costo
Los autobuses eléctricos representan una inversión para comprar (más costosa que un tipo de autobús térmico Diesel) aunque los ahorros en términos de consumo de energía pueden seguir: el precio de la electricidad es en general menor que el del combustible (debido al TIPP) y la mejor eficiencia energética. Por lo tanto, para comparar, el costo de operar trolebuses es menor que el de un tranvía, que cuesta al menos menos de la mitad de un autobús diesel.