Autobus elettrico

Un autobus elettrico è un autobus che è alimentato da energia elettrica.

Gli autobus elettrici possono immagazzinare l’elettricità a bordo o possono essere alimentati continuamente da una fonte esterna. Gli autobus che immagazzinano energia elettrica sono principalmente bus elettrici a batteria, nei quali il motore elettrico ricava energia da una batteria di bordo, sebbene esistano esempi di altre modalità di stoccaggio, come il gyrobus che utilizza l’accumulo di energia del volano. Nel secondo caso, l’elettricità è fornita dal contatto con fonti di energia esterne. Per esempio, cavi aerei, come nel filobus, o con conduttori senza contatto a terra, come si vede nel veicolo elettrico online. Questo articolo riguarda principalmente gli autobus che immagazzinano l’elettricità a bordo.

A partire dal 2017, il 99% degli autobus elettrici è stato installato in Cina, con oltre 385.000 autobus sulla strada, che rappresentano il 17% della flotta totale di autobus della Cina.

Storia
I veicoli elettrici sono in circolazione dal 19 ° secolo. All’inizio del XIX secolo, ricercatori in Ungheria, Paesi Bassi e Stati Uniti iniziarono ad esplorare l’idea di veicoli alimentati a batteria. C’erano stati in precedenza dei progressi con una carrozza elettrica, una carrozza senza cavalli azionata da un motore elettrico. Tuttavia, poiché le persone volevano spostarsi più facilmente e rapidamente, le auto diventavano un’alternativa più veloce e più ragionevole alle carrozze trainate da cavalli.

Nel 1835, l’americano Thomas Davenport è accreditato di costruire il primo veicolo elettrico pratico, una piccola locomotiva. Ha sviluppato un motore elettrico alimentato a batteria che ha usato per azionare una piccola auto di modello su un breve tratto di pista.

La prima auto elettrica di successo fu prodotta negli Stati Uniti nel 1890. William Morrison di Des Moines, Iowa, costruì un veicolo elettrico che poteva contenere fino a sei passeggeri e poteva raggiungere da 6 a 12 miglia all’ora. Le specifiche per il 1890 Morrison Electric includevano 24 celle di accumulatori montate sotto il sedile anteriore. Il veicolo potrebbe viaggiare per un raggio di 100 miglia prima di dover essere ricaricato.

Questa invenzione iniziale ha contribuito a suscitare interesse nelle auto elettriche, e le case automobilistiche hanno iniziato a costruire le proprie versioni in tutto il mondo. A causa dell’estremo improvviso interesse, le auto elettriche raggiunsero il loro picco di popolarità nel 1900 e costituirono la maggioranza di tutti i veicoli sulla strada.

In questo momento le auto elettriche erano i veicoli preferiti. I veicoli a benzina richiedevano un grande sforzo per guidare, dal cambio di marcia all’avvio del motore con una manovella, e altri svantaggi come i gas di scarico forti e sgradevoli.

Tuttavia, sono stati apportati miglioramenti all’auto a benzina che ha fatto perdere slancio all’auto elettrica. La manovella fu presto sostituita da un avviamento elettrico e i veicoli a benzina divennero più convenienti. Le auto a benzina hanno presto superato la popolarità dei veicoli elettrici.

Nel 1935, le auto elettriche praticamente scomparvero. Non è stato fino agli anni ’70, quando si è verificata una carenza di gas, facendo salire i prezzi del gas, che le auto elettriche sono tornate sul mercato. Le auto a benzina erano ancora più popolari grazie a prestazioni e affidabilità migliori.

Gli anni ’90 hanno visto le auto elettriche diventare più popolari mentre la preoccupazione della società per l’ambiente ha cominciato a salire. All’inizio del 21 ° secolo, la tecnologia delle auto elettriche sembrava più promettente che mai con il rilascio della Toyota Prius, il primo veicolo elettrico prodotto in grande quantità. Oggi, i veicoli elettrici sono in aumento e continuano a progredire mentre più americani richiedono un veicolo più efficiente ed eco-compatibile.

svantaggi
Come con altri veicoli elettrici, il controllo del clima e le condizioni climatiche estremamente fredde indeboliranno le prestazioni degli autobus elettrici. Inoltre, il terreno può rappresentare una sfida per l’adozione di veicoli elettrici che trasportano energia immagazzinata rispetto ai filobus, che assorbono energia dalle linee aeree. Anche quando le condizioni sono favorevoli, i tassi di utilità locali elevati (soprattutto durante i periodi di picco della domanda) e i sistemi di tariffazione proprietari pongono ostacoli all’adozione.

Bus elettrico a batteria
Uno dei tipi più popolari di autobus elettrici al giorno d’oggi sono gli autobus elettrici a batteria. I bus elettrici a batteria hanno l’energia accumulata a bordo del veicolo in una batteria. Oggi tali autobus possono avere un’autonomia di oltre 200 km con una sola carica. Questi autobus sono solitamente utilizzati come autobus urbani a causa di particolari in gamma limitata.

La guida in città sta notevolmente accelerando e frenando. A causa di ciò, il bus elettrico della batteria è superiore al bus diesel in quanto può ricaricare la maggior parte dell’energia cinetica nelle batterie in situazioni di frenata. Ciò riduce l’usura dei freni sugli autobus e l’uso di energia elettrica rispetto al diesel può migliorare la qualità dell’aria nelle città.

Quando si opera all’interno di una città, è importante ridurre al minimo il peso scaricato e rotolante del bus. Ciò può essere realizzato utilizzando l’alluminio come materiale di costruzione principale per un autobus. Possono anche essere utilizzati pannelli compositi e altri materiali leggeri. Secondo Linkkebus, la loro costruzione interamente in alluminio è di circa 3000 kg più leggera rispetto ai moderni autobus in acciaio di dimensioni comparabili (peso a vuoto 9500 kg). La riduzione del peso consente un maggiore carico utile e riduce l’usura di componenti quali freni, pneumatici e giunti, consentendo all’operatore di risparmiare sui costi ogni anno.

Il bus di transito EcoRide BE35 di Proterra, chiamato Ecoliner di Foothill Transit con sede a West Covina, California, è il primo autobus al mondo per servizio pesante, a carica rapida, a batteria. Il sistema di azionamento ProDrive di Proterra utilizza un motore UQM e una frenata rigenerativa che cattura il 90% dell’energia disponibile e la restituisce al sistema di accumulo di energia TerraVolt, che a sua volta aumenta la distanza totale che il bus può guidare del 31-35%. Può viaggiare per 30-40 miglia con una singola carica, ha un risparmio di carburante fino al 600% superiore rispetto a un normale autobus diesel o CNG e produce il 44% in meno di carbonio rispetto al CNG.

ricarica
Caricare le batterie degli autobus elettrici non è semplice come il rifornimento di carburante del motore diesel. Sono necessari particolare attenzione, monitoraggio e programmazione per fare un uso ottimale del processo di ricarica, garantendo al tempo stesso una manutenzione e una conservazione della batteria adeguate. Alcuni operatori gestiscono queste sfide acquistando autobus extra. In questo modo la ricarica può avvenire solo di notte. È una soluzione sicura, ma anche molto costosa e non scalabile. La vera soluzione è garantire che il programma giornaliero del veicolo tenga in considerazione anche la necessità di caricare, mantenendo il programma generale il più vicino possibile ottimale.

Oggi ci sono varie società di software che aiutano gli operatori di autobus a gestire il loro programma di ricarica degli autobus elettrici. Queste soluzioni assicurano che gli autobus continuino a funzionare in sicurezza, senza arresti non previsti e disagi ai passeggeri.

Per la comunicazione tra il caricabatterie e il bus elettrico viene utilizzato lo stesso protocollo ISO 15118 per la ricarica della vettura. Le uniche differenze sono nella potenza di carica, nella tensione e nell’accoppiatore.

Pantografi e collettori sottoscocca alle fermate dell’autobus
Pantografi e collettori sottoscocca sono integrati nelle fermate degli autobus per accelerare la ricarica del bus elettrico, rendendo possibile l’utilizzo di una batteria più piccola sul bus, riducendo l’investimento iniziale e i costi successivi.

Autobus elettrici autonomi (self-driving)
Un autobus autonomo è un veicolo a propulsione elettrica a trazione elettrica che trasporta dodici o più passeggeri. Gli autobus autonomi sono gestiti senza conducente all’interno del veicolo, utilizzando invece telecamere, sensori e telecomandi per orientarsi correttamente nel traffico.

Batteria in zinco-aria
È stato sviluppato un bus elettrico puro da 40 piedi (12,2 m), che utilizza una tecnologia di batteria pre-commerciale. Electric Fuel Corporation sta sviluppando e dimostrando un bus elettrico da 12 metri (12 piedi) alimentato da una cella d’aria di zinco, insieme a un ultracondensatore. Il dispositivo di energia zinco-aria, spesso descritto come una batteria, converte lo zinco in ossido di zinco in un processo che fornisce energia al bus. Il bus non è ricaricato; invece, le cartucce di ossido di zinco vengono sostituite con quelle nuove di zinco. Questo autobus ha mostrato una gamma di oltre 100 miglia (160 km) nei test ed è stato dimostrato a Las Vegas, Nevada. Tuttavia, questa tecnologia è in fase di sviluppo e numerosi ostacoli importanti devono essere superati prima di poter essere adottati per l’utilizzo della flotta di transito, compresa l’infrastruttura di rifornimento disponibile o l’uso nelle stazioni degli autobus.

Condensatore bus
Gli autobus possono usare condensatori invece di batterie per immagazzinare la loro energia. Gli ultracondensatori possono immagazzinare solo circa il 5 percento dell’energia che le batterie agli ioni di litio mantengono per lo stesso peso, limitandole a un paio di miglia per carica. Tuttavia gli ultracondensatori possono caricare e scaricare molto più rapidamente rispetto alle batterie convenzionali. Nei veicoli che devono fermarsi frequentemente e in modo prevedibile come parte del normale funzionamento, lo stoccaggio di energia basato esclusivamente su ultracondensatori può essere una soluzione.

La Cina sta sperimentando una nuova forma di bus elettrico, noto come Capabus, che funziona senza linee aeree continue utilizzando la potenza immagazzinata in grandi condensatori elettrici a doppio strato incorporati, che vengono rapidamente ricaricati ogni volta che il veicolo si ferma a qualsiasi fermata dell’autobus (sotto cosiddetti ombrelli elettrici) e completamente caricati nel capolinea.

Alcuni prototipi sono stati testati a Shanghai all’inizio del 2005. Nel 2006, due linee di autobus commerciali hanno iniziato a utilizzare bus di condensatori elettrici a doppio strato; uno di questi è il percorso 11 a Shanghai. Nel 2009, Sinautec Automobile Technologies, con sede ad Arlington, in Virginia, e il suo partner cinese, Shanghai Aowei Technology Development Company, stanno testando con 17 seggi di Ultracap per servire la Grande Shanghai dal 2006 senza grossi problemi tecnici. Altri 60 autobus saranno consegnati all’inizio del prossimo anno con gli ultracondensatori che forniscono 10 wattora al chilogrammo.

Gli autobus hanno percorsi molto prevedibili e devono fermarsi regolarmente, ogni 3 miglia (4,8 km), consentendo opportunità di ricarica rapida. Il trucco è trasformare alcune fermate dell’autobus lungo il percorso in stazioni di ricarica. In queste stazioni, un collettore in cima al bus si alza di qualche metro e tocca una linea di carica aerea. Entro un paio di minuti, le banche dell’ultracondensatore conservate sotto i sedili degli autobus sono completamente cariche. Gli autobus possono anche catturare energia dalla frenata, e la compagnia dice che le stazioni di ricarica possono essere equipaggiate con pannelli solari. Una terza generazione del prodotto, fornirà 20 miglia (32 km) di autonomia per carica o migliore. Un autobus di questo tipo è stato consegnato a Sofia, in Bulgaria nel maggio 2014 per un test di 9 mesi. Copre 23 km in 2 cariche.

Sinautec stima che uno dei suoi autobus abbia un decimo del costo energetico di un autobus diesel e possa raggiungere risparmi di carburante nel corso della vita di $ 200.000. Inoltre, gli autobus utilizzano il 40 percento in meno di energia elettrica rispetto a un filobus elettrico, principalmente perché sono più leggeri e hanno i vantaggi della frenata rigenerativa. Gli ultracondensatori sono fatti di carbone attivo e hanno una densità energetica di sei wattora per chilogrammo (per confronto, una batteria agli ioni di litio ad alte prestazioni può raggiungere i 200 wattora per chilogrammo), ma il bus ultracondensatore è anche più economico di bus della batteria agli ioni di litio, circa il 40 percento meno costosi, con un grado di affidabilità di gran lunga superiore.

Esiste anche una versione ibrida plug-in, che utilizza anche ultracaps.

Sviluppi futuri
Sinautec sta discutendo con Schindall del MIT sullo sviluppo di ultracondensatori a più alta densità di energia utilizzando strutture di nanotubi di carbonio allineate verticalmente che danno ai dispositivi una maggiore area di superficie per trattenere una carica. Finora sono in grado di ottenere il doppio della densità di energia di un ultracondensatore esistente, ma stanno cercando di ottenere circa cinque volte. Ciò creerebbe un ultracondensatore con un quarto della densità di energia di una batteria agli ioni di litio.

Sviluppi futuri includono l’uso di cariche induttive sotto la strada, per evitare il cablaggio aereo. Un tappetino sotto ogni fermata dell’autobus e ad ogni fermata luce lungo la strada sarebbe stato utilizzato.

Scuolabus
Nel 2014, il primo autobus scolastico interamente elettrico modello di produzione è stato consegnato al Kings Canyon Unified School District nella San Joaquin Valley in California. Lo scuolabus Class-A è stato costruito da Trans Tech Bus, utilizzando un sistema di controllo del gruppo propulsore elettrico sviluppato da Motiv Power Systems, di Foster City, California. L’autobus era uno dei quattro ordinati dal distretto. Il primo round di bus SST-e (come vengono chiamati) è parzialmente finanziato dal programma di miglioramento della qualità dell’aria AB 118 gestito dal California Air Resources Board.

Il veicolo Trans Tech / Motiv ha superato tutte le ispezioni e le certificazioni di KCUSD e California Highway Patrol. Sebbene siano in uso alcuni ibridi diesel, questo è il primo scuolabus elettrico moderno approvato per il trasporto di studenti da qualsiasi stato.

Dal 2015, il produttore canadese Lion Bus offre uno scuolabus a grandezza naturale, eLion, con un corpo realizzato in materiali compositi. È una versione di produzione normale che viene costruita e spedita in volume dall’inizio del 2016, con circa 50 unità vendute fino al 2017.

Autobus ibridi
Alla fine degli anni ’90, la tecnologia elettrica fu gradualmente incorporata in veicoli autonomi. Sono stati sviluppati veicoli più puliti rispetto agli autobus diesel convenzionali e più indipendenti dei filobus: questa è l’aspetto dei bus ibridi. Questi veicoli combinano due motori, uno elettrico e uno termico, per consentire un uso più ottimale del carburante (risparmio dal 10 al 30%). Tuttavia, sebbene utilizzino la tecnologia della trazione elettrica e il recupero dell’energia cinetica (o anche per l’accumulo di energia nelle batterie chiamate veicoli ibridi ricaricabili), funzionano grazie al carburante a differenza del bus elettrico la cui fonte di energia è solo l’elettricità.

Autobus elettrici autonomi
Oggi sono in fase di sviluppo autobus elettrici autonomi e alcuni produttori (Power Vehicle Innovation, Renault Trucks, …) sono in grado di offrire un’autonomia sufficiente per consentire agli operatori di fornire un servizio di trasporto urbano senza vincoli. infrastruttura. Alcuni sono in uso da diversi anni, come Montmartrobus, un autobus gestito dalla Régie Autonome des Transports Parisiens (RATP) dal 2000. Gli autobus alimentati da supercondensatori (linea Tosa di Ginevra) rappresenterebbero un costo di investimento inferiore a quello di una linea di filobus, dell’ordine di un milione di euro al Km.

Tecnologia
Gli autobus elettrici funzionano secondo lo stesso principio degli autobus termici, vale a dire grazie a una catena di trazione che funziona con un motore elettrico alimentato a batterie (l’accumulatore di energia è adattato all’elettricità mediante l’uso di batterie di accumulatori al posto del combustibile serbatoio dei veicoli termici). La potenza ottenuta con i motori elettrici consente velocità sufficienti per l’uso urbano (oltre 70 km / h).

Batterie
Dal punto di vista dello stoccaggio di energia, è essenzialmente la tecnologia delle batterie che si è evoluta nella ricerca (specialmente le batterie agli ioni di litio con maggiore peso specifico). Oggi questa tecnologia consente l’uso sostenibile dei modelli contemporanei e lo sviluppo del bus elettrico, oltre alla consapevolezza dell’impatto ambientale dei veicoli convenzionali di transito. Sebbene occupino più spazio di un serbatoio di carburante, oggi le batterie possono, occupando un posto abbastanza ragionevole da non essere notate, Questa autonomia è particolarmente migliorata attraverso il sistema di recupero dell’energia cinetica durante le fasi di decelerazione o frenatura, recuperando fino ad una soglia del 20% . Rispetto alla tecnologia Diesel, l’efficienza energetica dei veicoli elettrici è complessivamente del 90% circa, rispetto al 40% dei veicoli a benzina.

vantaggi

Vantaggio ecologico
Durante l’uso, un bus elettrico non emette gas a effetto serra. La generazione di elettricità può, secondo il suo processo di fabbricazione, produrre emissioni di gas serra (come l’anidride carbonica): l’impronta di carbonio di un autobus elettrico non è zero ma tende a livelli molto bassi di inquinamento.

Vantaggio ambientale
Un autobus elettrico emette pochissimo rumore rispetto al bus di calore e potrebbe quindi essere generalizzato migliorare la qualità della vita degli ambienti urbani riducendo l’inquinamento acustico dei veicoli di trasporto pubblico.

Adattamento al paesaggio urbano
I vantaggi ecologici e ambientali combinati consentono agli autobus elettrici di essere discreti e puliti (l’assenza di emissioni di gas a effetto serra non è un problema come lo sarebbe un autobus di calore in aree molto frequentate dai pedoni). Queste caratteristiche sono state spesso mantenute per l’uso in città: molti piccoli autobus elettrici da utilizzare nel centro della città in aree residenziali e strade strette frequentate da pedoni.

Aspetti economici
L’energia elettrica è più economica da usare del carburante, la ricarica di un piccolo autobus elettrico costa 2 euro. Tuttavia, il costo degli autobus elettrici varia molto a seconda del tipo di autobus: filobus, bus con condensatori, Gyrobus, ibridi .. Alcuni studi, tuttavia, stimano il costo di un bus elettrico a batteria come un costo di investimento e operativo da 5 a 10 12 volte superiore a un filobus.

svantaggi

Autonomia
L’autonomia non è ancora così importante come quella dei veicoli termici. Tuttavia, mentre la minore autonomia delle batterie per veicoli elettrici sembra un limite tecnologico all’uso di veicoli elettrici per uso individuale 13, l’applicazione di veicoli elettrici per gli spostamenti in autobus è più razionale. La lunghezza del percorso, il punto iniziale, il punto finale e i calcoli di installazione possono essere facilmente eseguiti di conseguenza. Inoltre, la ricerca svolta in questo campo continua, in primo luogo per migliorare la durata della batteria, e in secondo luogo per rendere più veloce la ricarica delle batterie grazie ai supercondensatori.

Infrastruttura
I punti di ricarica per i veicoli elettrici non sono attualmente così diffusi come le stazioni di servizio, ma queste infrastrutture tendono ad essere sempre meno pesanti

Costo
Gli autobus elettrici rappresentano un investimento da acquistare (più costoso di un autobus termico di tipo Diesel) anche se i risparmi in termini di consumo energetico possono seguire: il prezzo dell’elettricità è complessivamente inferiore a quello del carburante (a causa del TIPP) e la migliore efficienza energetica. Quindi, per confronto, del costo di conduzione dei filobus, è inferiore a quello di un tram, che si è costato almeno meno della metà di quello di un autobus diesel.