Ônibus elétrico

Um ônibus elétrico é um ônibus que é alimentado por eletricidade.

Os ônibus elétricos podem armazenar a eletricidade a bordo ou podem ser alimentados continuamente a partir de uma fonte externa. Os ônibus que armazenam eletricidade são majoritariamente ônibus elétricos com bateria, nos quais o motor elétrico obtém energia de uma bateria a bordo, embora existam exemplos de outros modos de armazenamento, como o gyrobus, que usa o armazenamento de energia do volante. No segundo caso, a eletricidade é fornecida pelo contato com fontes de energia externas. Por exemplo, fios aéreos, como nos trólebus, ou com condutores sem contato no solo, como visto no Veículo Elétrico On-line. Este artigo trata principalmente de ônibus que armazenam a eletricidade a bordo.

A partir de 2017, 99% dos ônibus elétricos foram implantados na China, com mais de 385.000 ônibus na estrada, o que representa 17% da frota total de ônibus da China.

História
Os veículos elétricos existem desde o século XIX. No início do século 19, pesquisadores na Hungria, na Holanda e nos Estados Unidos começaram a explorar a ideia de veículos movidos a bateria. Houve progresso anterior com um carro elétrico, uma carruagem sem cavalos acionada por um motor elétrico. No entanto, como as pessoas queriam se locomover com mais facilidade e rapidez, os carros se tornaram uma alternativa mais rápida e mais razoável para carruagens puxadas por cavalos.

Em 1835, o americano Thomas Davenport é creditado com a construção do primeiro veículo elétrico prático, uma pequena locomotiva. Ele desenvolveu um motor elétrico movido a bateria que ele usou para operar um modelo pequeno em uma pequena seção da pista.

O primeiro carro elétrico de sucesso foi fabricado nos Estados Unidos em 1890. William Morrison, de Des Moines, Iowa, construiu um veículo elétrico que poderia acomodar até seis passageiros e poderia chegar de 18 a 30 quilômetros por hora. Especificações para o 1890 Morrison Electric incluiu 24 células de bateria de armazenamento montadas sob o banco da frente. O veículo poderia viajar por um raio de 100 milhas antes de precisar ser recarregado.

Esta invenção inicial ajudou a despertar o interesse em carros elétricos, e os fabricantes de automóveis começaram a construir suas próprias versões ao redor do mundo. Devido ao interesse extremamente súbito, os carros elétricos alcançaram seu pico de popularidade em 1900 e compunham a maioria de todos os veículos na estrada.

Neste momento os carros elétricos eram os veículos preferidos. Os veículos movidos a gasolina exigiam muito esforço para dirigir, desde mudar de marcha até dar partida no motor com uma manivela, bem como outros contras, como gases de escape fortes e desagradáveis.

No entanto, melhorias foram feitas para o carro movido a gasolina que causou o carro elétrico para perder algum impulso. A manivela foi logo substituída por uma partida elétrica e os veículos movidos a gasolina tornaram-se mais acessíveis. Os carros a gasolina logo superaram a popularidade dos veículos movidos a eletricidade.

Em 1935, os carros elétricos praticamente desapareceram. Não foi até a década de 1970, quando uma escassez de gás atingiu, fazendo os preços do gás subirem, que os carros elétricos entraram de volta no mercado. Carros movidos a gasolina ainda se mantiveram mais populares devido ao melhor desempenho e confiabilidade.

A década de 1990 viu os carros elétricos se tornarem mais populares à medida que a preocupação social com o meio ambiente começou a aumentar. No início do século 21, a tecnologia dos carros elétricos parecia mais promissora do que nunca com o lançamento do Toyota Prius, o primeiro veículo elétrico fabricado principalmente. Hoje, os veículos elétricos estão em ascensão e continuam a avançar à medida que mais americanos exigem um veículo mais eficiente e ecológico.

Desvantagens
Tal como acontece com outros veículos elétricos, o controle do clima e o clima extremamente frio enfraquecerão o desempenho dos ônibus elétricos. Além disso, o terreno pode representar um desafio para a adoção de veículos elétricos que transportam energia armazenada em comparação com os trólebus, que retiram energia das linhas aéreas. Mesmo quando as condições são favoráveis, as altas taxas de serviços públicos locais (especialmente durante os períodos de pico de demanda) e os sistemas de cobrança proprietários impõem barreiras à adoção.

Ônibus elétrico da bateria
Um dos tipos mais populares de ônibus elétricos hoje em dia são os ônibus elétricos com bateria. Os ônibus elétricos a bateria têm a eletricidade armazenada a bordo do veículo em uma bateria. Hoje, esses ônibus podem ter um alcance de mais de 200 km com apenas uma carga. Esses ônibus são geralmente usados ​​como ônibus urbanos devido a particularidades em alcance limitado.

A direção da cidade está acelerando e freando. Devido a isso, o barramento elétrico da bateria é superior ao barramento a diesel, já que pode recarregar a maior parte da energia cinética em baterias em situações de frenagem. Isso reduz o desgaste dos freios nos ônibus e o uso de eletricidade sobre o diesel pode melhorar a qualidade do ar nas cidades.

Ao operar dentro de uma cidade, é importante minimizar o peso descarregado e rolante do barramento. Isso pode ser feito usando o alumínio como principal material de construção de um ônibus. Painéis compostos e outros materiais leves também podem ser usados. De acordo com a Linkkebus, sua construção de ônibus totalmente de alumínio é de cerca de 3.000 kg mais leve do que os ônibus de aço modernos de tamanho comparável (peso de 9500 kg). A redução de peso permite uma carga útil maior e reduz o desgaste de componentes como freios, pneus e juntas, o que gera economia de custos para o operador anualmente.

O ônibus ecológico EcoRide BE35 da Proterra, chamado de Ecoliner pela Foothill Transit, com sede em West Covina, Califórnia, é o primeiro ônibus pesado do mundo para cargas pesadas e bateria elétrica. O sistema de acionamento ProDrive da Proterra usa um motor UQM e frenagem regenerativa que captura 90% da energia disponível e retorna ao sistema de armazenamento de energia TerraVolt, que por sua vez aumenta a distância total que o ônibus pode dirigir em 31-35%. Ele pode viajar de 30 a 40 milhas com uma única carga, é até 600% mais eficiente em termos de combustível do que um ônibus típico a diesel ou GNV e produz 44% menos carbono do que o GNV.

Carregamento
Carregar baterias de ônibus elétricos não é tão simples quanto reabastecer o motor a diesel. Atenção especial, monitoramento e agendamento são necessários para otimizar o uso do processo de carregamento, além de garantir a manutenção adequada da bateria e a segurança. Algumas operadoras gerenciam esses desafios comprando ônibus extras. Desta forma, o carregamento pode ocorrer apenas à noite. É uma solução segura, mas também muito cara e não escalável. A solução real é garantir que o cronograma diário do veículo leve em conta também a necessidade de cobrar, mantendo o cronograma geral o mais próximo possível do ideal.

Atualmente, existem várias empresas de software que ajudam os operadores de ônibus a gerenciar seu cronograma de carregamento de ônibus elétrico. Essas soluções garantem que os ônibus continuem a operar com segurança, sem paradas não planejadas e inconvenientes para os passageiros.

Para comunicação entre o carregador e o barramento elétrico, o mesmo protocolo ISO 15118 é usado para o carregamento de carros de passageiros. As únicas diferenças estão no poder de carga, tensão e acoplador.

Pantógrafos e coletores da parte inferior da carroceria nos pontos de ônibus
Os pantógrafos e os coletores da parte inferior da carroceria são integrados nos pontos de ônibus para acelerar a recarga do ônibus elétrico, possibilitando o uso de uma bateria menor no ônibus, o que reduz o investimento inicial e os custos subseqüentes.

Ônibus elétricos autônomos (autônomos)
Um ônibus autônomo é um veículo autônomo com motor elétrico que transporta doze ou mais passageiros. Autônomos ônibus são operados sem um motorista dentro do veículo, em vez disso, utilizando câmeras, sensores e controles remotos para orientar corretamente o seu caminho através do tráfego.

Bateria de zinco-ar
Há um ônibus elétrico puro de 12,2 m (40 pés) sendo desenvolvido, usando uma tecnologia de bateria pré-comercial. A Electric Fuel Corporation está desenvolvendo e demonstrando um barramento elétrico de 12,2 m (40 pés) alimentado por uma célula de ar de zinco, junto com um ultracapacitor. O dispositivo de energia de zinco-ar, freqüentemente descrito como uma bateria, converte o zinco em óxido de zinco em um processo que fornece energia ao barramento. O ônibus não é recarregado; em vez disso, os cartuchos de óxido de zinco são trocados por novos de zinco. Este ônibus apresentou um alcance de mais de 100 milhas (160 km) em testes e foi demonstrado em Las Vegas, Nevada. No entanto, esta tecnologia está em fase de desenvolvimento, e vários obstáculos importantes devem ser superados antes que possam ser adotados para o uso da frota de trânsito, incluindo infra-estrutura de reabastecimento disponível ou uso em estações de ônibus.

Barramento de capacitores
Os ônibus podem usar capacitores em vez de baterias para armazenar sua energia. Os ultracapacitores podem armazenar apenas cerca de 5% da energia que as baterias de íons de lítio suportam pelo mesmo peso, limitando-as a alguns quilômetros por carga. No entanto, os ultracapacitores podem carregar e descarregar muito mais rapidamente do que as baterias convencionais. Em veículos que precisam parar com frequência e previsivelmente como parte da operação normal, o armazenamento de energia baseado exclusivamente em ultracapacitores pode ser uma solução.

A China está experimentando uma nova forma de barramento elétrico, conhecido como Capabus, que funciona sem linhas aéreas contínuas usando a energia armazenada em grandes capacitores elétricos de camada dupla on-board, que são rapidamente recarregados sempre que o veículo pára em qualquer ponto de ônibus chamados guarda-chuvas elétricos), e totalmente carregados no terminal.

Alguns protótipos estavam sendo testados em Xangai no início de 2005. Em 2006, duas rotas de ônibus comerciais começaram a usar ônibus de capacitores de camada dupla; um deles é a rota 11 em Xangai. Em 2009, a Sinautec Automobile Technologies, sediada em Arlington, VA, e sua parceira chinesa, Shanghai Aowei Technology Development Company, estão testando 17 Ultracap Buses com capacidade para 17 passageiros, atendendo a área da Grande Shanghai desde 2006, sem maiores problemas técnicos. Outros 60 ônibus serão entregues no início do próximo ano com ultracapacitores que fornecem 10 watts-hora por quilo.

Os ônibus têm rotas muito previsíveis e precisam parar regularmente, a cada 3 milhas (4,8 km), permitindo oportunidades de recarga rápida. O truque é transformar algumas paradas de ônibus ao longo da rota em estações de recarga. Nessas estações, um coletor no topo do ônibus se eleva alguns metros e toca uma linha de carregamento. Dentro de alguns minutos, os bancos de ultracapacitores armazenados sob os assentos do ônibus estão totalmente carregados. Os ônibus também podem capturar energia da frenagem, e a empresa diz que as estações de recarga podem ser equipadas com painéis solares. Uma terceira geração do produto, dará 20 milhas (32 km) de alcance por carga ou melhor. Esse ônibus foi entregue em Sofia, na Bulgária, em maio de 2014, durante 9 meses de teste. Cobre 23 km em 2 cargas.

A Sinautec estima que um de seus ônibus tem um décimo do custo de energia de um ônibus a diesel e pode alcançar uma economia de combustível de US $ 200.000. Além disso, os ônibus usam 40% menos eletricidade em comparação a um trólebus elétrico, principalmente porque são mais leves e têm benefícios de frenagem regenerativa. Os ultracapacitores são feitos de carvão ativado e têm uma densidade de energia de seis watt-hora por quilo (para comparação, uma bateria de lítio-íon de alto desempenho pode atingir 200 watts-hora por quilo), mas o ultracapacitor também é mais barato do que Barramentos de bateria de iões de lítio, cerca de 40% menos caros, com uma classificação de confiabilidade muito superior.

Há também uma versão híbrida plug-in, que também usa ultracaps.

Desenvolvimentos futuros
A Sinautec está discutindo com Schindall, do MIT, o desenvolvimento de ultracapacitores de maior densidade de energia, usando estruturas de nanotubos de carbono alinhadas verticalmente, que dão aos dispositivos mais área de superfície para manter uma carga. Até agora, eles são capazes de obter o dobro da densidade de energia de um ultracapacitador existente, mas eles estão tentando obter cerca de cinco vezes. Isso criaria um ultracapacitor com um quarto da densidade de energia de uma bateria de íons de lítio.

Desenvolvimentos futuros incluem o uso de carregamento indutivo sob a rua, para evitar fiação aérea. Um bloco sob cada parada de ônibus e em cada luz de parada ao longo do caminho seria usado.

Ônibus escolares
Em 2014, o primeiro ônibus escolar totalmente elétrico de produção foi entregue ao Distrito Escolar Unificado de Kings Canyon, no Vale de San Joaquin, na Califórnia. O ônibus escolar Class-A foi construído pela Trans Tech Bus, usando um sistema de controle de powertrain elétrico desenvolvido pela Motiv Power Systems, de Foster City, Califórnia. O ônibus era um dos quatro que o distrito pedia. A primeira rodada de ônibus SST-e (como são chamados) é parcialmente financiada pelo Programa de Melhoria da Qualidade do Ar AB 118, administrado pelo California Air Resources Board.

O veículo Trans Tech / Motiv passou em todas as inspeções e certificações KCUSD e California Highway Patrol. Embora alguns híbridos a diesel estejam em uso, este é o primeiro ônibus escolar elétrico moderno aprovado para transporte de estudantes por qualquer estado.

Desde 2015, o fabricante canadense Lion Bus oferece um ônibus escolar completo, eLion, com um corpo feito de compósitos. É uma versão de produção regular que é construída e embarcada em volume desde o início de 2016, com cerca de 50 unidades vendidas até 2017.

Ônibus híbridos
No final da década de 1990, a tecnologia elétrica foi gradualmente incorporada a veículos autônomos. Veículos mais limpos que os ônibus a diesel convencionais e mais independentes do que os trólebus foram desenvolvidos: essa é a aparência dos ônibus híbridos. Esses veículos combinam dois motores, um elétrico e um térmico, para permitir um uso mais otimizado do combustível (economia de 10 a 30%). No entanto, embora usem a tecnologia de tração elétrica e recuperação de energia cinética (ou mesmo para algum armazenamento de energia em baterias chamadas de veículos híbridos recarregáveis), elas operam graças ao combustível, ao contrário do barramento elétrico cuja fonte de energia é apenas eletricidade.

Ônibus elétricos autônomos
Atualmente, ônibus elétricos autônomos estão em desenvolvimento e alguns fabricantes (Power Vehicle Innovation, Renault Trucks, …) são capazes de oferecer autonomia suficiente para permitir que os operadores forneçam um serviço de transporte urbano sem restrições. a infraestrutura. Alguns já são usados ​​há vários anos, como o Montmartrobus, um ônibus operado pela Régie Autonome des Transports Parisiens (RATP) desde 2000. Os ônibus movidos por supercapacitores (linha Tosa de Genebra) representariam um custo de investimento menor que o de uma linha oftrolleybus, da ordem de um milhão de euros por quilómetro.

Tecnologia
Os ônibus elétricos operam com o mesmo princípio dos ônibus térmicos, ou seja, graças a uma corrente de tração operando com um motor elétrico que é alimentado por baterias (o armazenamento de energia é adaptado à eletricidade pelo uso de baterias acumuladoras em vez do combustível). tanque dos veículos térmicos). A potência obtida com motores elétricos permite velocidades suficientes para uso urbano (mais de 70 km / h).

Baterias
Do ponto de vista do armazenamento de energia, é essencialmente a tecnologia de baterias que evoluiu em pesquisa (especialmente baterias de íons de lítio com maior gravidade específica). Hoje, essa tecnologia permite o uso sustentável de modelos contemporâneos e o desenvolvimento do ônibus elétrico, além da conscientização do impacto ambiental dos veículos convencionais de trânsito. Embora ocupem mais espaço do que um tanque de combustível, hoje as baterias podem ocupar um lugar razoável o suficiente para não notar. Essa autonomia é melhorada especialmente através do sistema de recuperação de energia cinética durante as fases de desaceleração ou frenagem, recuperando até um limiar de 20%. . Em comparação com a tecnologia Diesel, a eficiência energética dos veículos elétricos é de aproximadamente 90%, em comparação com 40% para os veículos a gasolina.

Vantagens

Vantagem ecológica
Em uso, um ônibus elétrico não emite gases do efeito estufa. A geração de eletricidade pode, de acordo com seu processo de fabricação, resultar em emissões de gases de efeito estufa (como o dióxido de carbono): a pegada de carbono de um ônibus elétrico não é zero, mas tende a níveis muito baixos de poluição.

Vantagem Ambiental
Um ônibus elétrico faz muito pouco ruído em comparação com o ônibus de calor e poderia, portanto, se fosse generalizado para melhorar a qualidade de vida dos ambientes urbanos, reduzindo a poluição sonora dos veículos de transporte público.

Adaptação à paisagem urbana
Os benefícios ecológicos e ambientais combinados permitem que os ônibus elétricos sejam discretos e limpos (a ausência de emissões de gases do efeito estufa não é um problema, assim como um ônibus de calor em áreas muito freqüentadas por pedestres). Estas características foram freqüentemente retidas para uso na cidade: muitos pequenos ônibus elétricos para serem usados ​​no centro da cidade em áreas residenciais e ruas estreitas freqüentadas por pedestres.

Aspectos econômicos
A energia elétrica é mais barata de usar do que o combustível, cobrando um pequeno ônibus elétrico é de 2 euros. No entanto, o custo dos ônibus elétricos varia muito, dependendo do tipo de ônibus: Trólebus, ônibus com capacitores, Gyrobus, híbridos. Alguns estudos, no entanto, estimam o custo de um ônibus elétrico como um custo de investimento e operando de 5 a 10. vezes maior do que um trólebus.

Desvantagens

Autonomia
A autonomia ainda não é tão importante quanto a dos veículos térmicos. Entretanto, enquanto a menor autonomia de baterias para veículos elétricos parece um limite tecnológico para o uso de veículos elétricos para uso individual 13, a aplicação de veículos elétricos para viagens de ônibus é mais racional. Comprimento do caminho de avanço, ponto de partida, ponto final e cálculos de instalação podem ser facilmente feitos de acordo. Além disso, a pesquisa realizada neste campo continua, em primeiro lugar, para melhorar a vida útil da bateria e, em segundo lugar, para tornar as baterias mais rápidas graças aos supercapacitores.

A infraestrutura
Atualmente, os pontos de carregamento para veículos elétricos não são tão comuns quanto os postos de gasolina, mas essas infraestruturas tendem a ser cada vez menos pesadas.

Custo
Os ônibus elétricos representam um investimento a ser adquirido (mais caro que o diesel tipo ônibus térmico), embora a economia em termos de consumo de energia possa seguir: o preço da eletricidade é menor que o do combustível (devido ao TIPP) e a melhor eficiência energética. Assim, para comparação, do custo de operar trólebus, é menor do que o de um bonde, que custou a si mesmo pelo menos menos da metade do custo de um ônibus a diesel.