Электрическая шина — это автобус, питаемый от электричества.

Электрические шины могут хранить электричество на борту или могут непрерывно подаваться от внешнего источника. Автобусы, хранящие электроэнергию, являются основными аккумуляторными электрическими шинами, в которых электрический двигатель получает энергию от бортовой батареи, хотя существуют примеры других режимов хранения, таких как гиробус, который использует накопитель энергии маховика. Во втором случае электричество подается при контакте с внешними источниками питания. Например, воздушные провода, как в троллейбусе, или с бесконтактными проводниками на земле, как показано в онлайн-электромобиле. В этой статье в основном рассматриваются автобусы, хранящие электричество на борту.

По состоянию на 2017 год в Китае было развернуто 99% электрических автобусов с более чем 385 000 автобусов на дороге, что составляет 17% от общего автобусного парка Китая.

история
Электрические транспортные средства были вокруг с 19-го века. В начале 19-го века исследователи из Венгрии, Нидерландов и США начали изучать идею транспортных средств с батарейным питанием. Раньше был прогресс с электрической тележкой, безлошадной каретой, которая приводилась в действие электромотором. Однако, поскольку люди хотели обойтись легко и быстро, автомобили стали более быстрой и разумной альтернативой конным экипажам.

В 1835 году американцу Томасу Давенпорту приписывают строительство первого практичного электромобиля, небольшого локомотива. Он разработал электродвигатель с батарейным питанием, который он использовал для работы небольшого модельного автомобиля на коротком участке трека.

Первый успешный электрический автомобиль был сделан в Соединенных Штатах в 1890 году. Уильям Моррисон из Де-Мойн, штат Айова, построил электрический автомобиль, который мог вмещать до шести пассажиров и мог достигать от 6 до 12 миль в час. Технические характеристики 1890 Morrison Electric включали 24 ячейки аккумуляторной батареи, установленные под передним сиденьем. Автомобиль мог путешествовать в радиусе 100 миль, прежде чем его нужно будет заряжать.

Это первоначальное изобретение помогло вызвать интерес к электромобилям, и автопроизводители начали строить свои собственные версии по всему миру. Из-за крайне неожиданного интереса, электрические автомобили достигли своей пиковой популярности к 1900 году и составили большинство автомобилей на дороге.

В это время электромобилями были предпочтительные транспортные средства. Автоцистернам с бензиновым двигателем требовалось много усилий для привода, от переключения передач до запуска двигателя с помощью рукоятки, а также других недостатков, таких как сильные и неприятные выхлопные газы.

Однако были улучшены автомобили с бензиновым двигателем, которые привели к тому, что электрический автомобиль потерял некоторый импульс. Ручной кривошип вскоре был заменен электрическим стартером, и автомобили с бензиновым двигателем стали более доступными. Бензиновые автомобили вскоре преодолели популярность автомобилей с электроприводом.

К 1935 году электромобили практически исчезли. Только в 1970-е годы, когда произошел дефицит газа, вызвавший рост цен на газ, электромобили снова вошли в рынок. Бензиновые автомобили по-прежнему пользуются большей популярностью благодаря лучшей производительности и надежности.

В 1990-е годы электромобили стали более популярными, поскольку общественная забота об окружающей среде начала расти. В начале XXI века технология электромобилей выглядела более многообещающей, чем когда-либо, с выпуском Toyota Prius, первого крупно производимого электромобиля. Сегодня электромобили растут и продолжают развиваться, поскольку все больше американцев требуют более эффективного и экологически чистого транспортного средства.

Недостатки
Как и в случае с другими электромобилями, климат-контроль и чрезвычайно холодная погода ослабит работу электрических автобусов. Кроме того, рельеф может представлять собой проблему для принятия электромобилей, которые несут накопленную энергию по сравнению с троллейбусами, которые потребляют энергию от воздушных линий. Даже при благоприятных условиях высокие местные тарифы на коммунальные услуги (особенно в периоды пикового спроса) и проприетарные системы взимания платы создают препятствия для принятия.

Электрическая шина аккумулятора
Одним из самых популярных видов электрических автобусов в настоящее время являются электрические шины с электроприводом. Электрические шины аккумуляторной батареи имеют электричество, хранящееся на борту автомобиля в батарее. Сегодня такие автобусы могут иметь дальность свыше 200 км с одним зарядом. Эти автобусы обычно используются в качестве городских автобусов из-за особенностей в ограниченном диапазоне.

Вождение в городе значительно ускоряется и торможяется. Благодаря этому электрическая шина аккумуляторной батареи превосходит дизельную шину, так как она может перезаряжать большую часть кинетической энергии обратно в батареи в условиях торможения. Это уменьшает износ тормозов на автобусах, а использование электрического дизеля может улучшить качество воздуха в городах.

При работе в городе важно свести к минимуму разгрузочную и прокатную массу шины. Это можно сделать, используя алюминий в качестве основного строительного материала для автобуса. Также можно использовать композитные панели и другие легкие материалы. Согласно Linkkebus, их полностью алюминиевая шина построена на 3000 кг легче, чем современные стальные автобусы сопоставимого размера (вес 9500 кг). Уменьшение веса позволяет увеличить полезную нагрузку и уменьшить износ компонентов, таких как тормоза, шины и суставы, приносящие ежегодную экономию затрат.

Транзитный автобус EcoRide BE35 от Proterra, называемый Ecoliner от Foothill Transit, расположенный в Западной Ковине, штат Калифорния, является первым в мире сверхмощным, быстрым зарядом, электрическим автобусом. Приводная система ProDrive Proterra использует двигатель UQM и рекуперативное торможение, которое захватывает 90% доступной энергии и возвращает его в систему хранения энергии TerraVolt, что, в свою очередь, увеличивает общее расстояние, которое может проехать автобус на 31-35%. Он может путешествовать на 30-40 миль за одну зарядку, до 600% экономичнее, чем обычная дизельная или CNG-автобус, и производит на 44% меньше углерода, чем СПГ.

Зарядка
Зарядка батарей электрических шин не такая простая, как заправка топливного дизельного двигателя. Особое внимание, мониторинг и планирование необходимы для оптимального использования процесса зарядки, а также для обеспечения надлежащего обслуживания и хранения батареи. Некоторые операторы справляются с этими проблемами, покупая дополнительные автобусы. Таким образом, зарядка может проводиться только ночью. Это безопасное решение, но также очень дорогостоящее и не масштабируемое. Реальное решение заключается в обеспечении того, чтобы в ежедневном графике транспортного средства учитывалась также необходимость взимания платы, при этом общая графика максимально приближалась к оптимальной.

Сегодня существуют различные компании-разработчики программного обеспечения, которые помогают операторам автобусов управлять графиком зарядки электрических шин. Эти решения гарантируют, что автобусы продолжают работать безопасно, без каких-либо незапланированных остановок и неудобств для пассажиров.

Для связи между зарядным устройством и электрической шиной используется тот же протокол ISO 15118, что и для зарядки легковых автомобилей. Единственное различие заключается в мощности зарядки, напряжении и соединителе.

Пантографы и сборщики днища на автобусных остановках
Пантографы и сборщики днища интегрированы в автобусные остановки, чтобы ускорить перезарядку электрической шины, что позволяет использовать меньшую батарею на автобусе, что уменьшает первоначальные инвестиции и последующие затраты.

Автономные (самостоятельные) электрические автобусы
Автономный автобус представляет собой электрическое питание, самоходное транспортное средство, которое перевозит двенадцать или более пассажиров. Автономные автобусы эксплуатируются без водителя внутри транспортного средства, вместо этого используют камеры, датчики и пульты дистанционного управления, чтобы правильно прокладывать себе путь через трафик.

Цилиндрическая аккумуляторная батарея
Существует 40-футовая (12,2 м) чистая электрическая шина, разработанная с использованием технологии предварительной коммерческой батареи. Electric Fuel Corporation разрабатывает и демонстрирует 40-футовую (12,2 м) электрическую шину, приводимую в движение воздушной камерой цинка, а также ультраконденсатор. Энергоемкое устройство с цинковым воздухом, часто описываемое как аккумулятор, превращает цинк в оксид цинка в процессе, который обеспечивает энергию шины. Автобус не заряжается; вместо этого картриджи с оксидом цинка заменяются на новые цинковые. Этот автобус показал диапазон более чем 100 миль (160 км) в испытаниях и был продемонстрирован в Лас-Вегасе, штат Невада. Однако эта технология находится в стадии разработки, и необходимо преодолеть несколько серьезных препятствий, прежде чем ее можно будет использовать для использования в транзитном флоте, включая доступную инфраструктуру дозаправки или использование на автовокзалах.

Конденсаторный автобус
Автобусы могут использовать конденсаторы вместо батарей для хранения энергии. Ультраконденсаторы могут хранить только около 5 процентов энергии, которую литиево-ионные батареи выдерживают для одного и того же веса, ограничивая их на пару миль за заряд. Однако ультраконденсаторы могут заряжаться и разряжаться гораздо быстрее, чем обычные батареи. В транспортных средствах, которые должны часто и предсказуемо останавливаться как часть нормальной работы, энергопотребление, основанное исключительно на ультраконденсаторах, может быть решением.

Китай экспериментирует с новой формой электрической шины, известной как Capabus, которая работает без непрерывных воздушных линий, используя энергию, накопленную в больших бортовых электрических двухслойных конденсаторах, которые быстро перезаряжаются, когда транспортное средство останавливается на любой остановке автобуса (под так называемые электрические зонтики) и полностью заряжены в конце.

В начале 2005 года в Шанхае было протестировано несколько прототипов. В 2006 году два коммерческих автобусных маршрута начали использовать электрические двухслойные конденсаторные шины; один из них — маршрут 11 в Шанхае. В 2009 году компания Sinautec Automobile Technologies, базирующаяся в Арлингтоне, штат Вирджиния, и ее китайский партнер, Shanghai Aowei Technology Development Company тестируют 17 сорок один пассажирский автобус Ultracap, обслуживающий район Большого Шанхая с 2006 года без каких-либо серьезных технических проблем. Еще 60 автобусов будут доставлены в начале следующего года с ультраконденсаторами, которые поставляют 10 ватт-часов на килограмм.

Автобусы имеют очень предсказуемые маршруты и должны регулярно останавливаться, каждые 3 мили (4,8 км), что дает возможность для быстрой подзарядки. Трюк состоит в том, чтобы превратить некоторые автобусные остановки по маршруту в зарядные станции. На этих станциях сборщик на верхней части автобуса поднимается на несколько футов и касается верхней зарядной линии. Через пару минут банки ультраконденсаторов, хранящиеся под сиденьями автобуса, будут полностью заряжены. Автобусы также могут захватывать энергию от торможения, и компания говорит, что станции подзарядки могут быть оснащены солнечными батареями. Третье поколение продукта даст 20 миль (32 км) диапазона за один заряд или лучше. Такой автобус был доставлен в Софию, Болгария, в мае 2014 года на 9 месяцев. Он охватывает 23 км за 2 сборы.

Sinautec оценивает, что один из его автобусов имеет одну десятую стоимость энергии дизельного автобуса и может обеспечить экономию топлива на весь период в 200 000 долларов. Кроме того, автобусы используют на 40 процентов меньше электроэнергии по сравнению с электрическим троллейбусом, главным образом потому, что они легче и имеют преимущества регенеративного торможения. Ультраконденсаторы изготовлены из активированного угля и имеют плотность энергии 6 ватт-часов на килограмм (для сравнения, высокопроизводительная литий-ионная батарея может достигать 200 ватт-часов на килограмм), но шина ультраконденсатора также дешевле, чем литиево-ионные аккумуляторные шины, что на 40 процентов дешевле, с гораздо более высоким рейтингом надежности.

Существует также гибридная версия подключаемого модуля, которая также использует ultracaps.

Будущие разработки
Sinautec обсуждает с Schindall MIT о разработке ультраконденсаторов с более высокой плотностью энергии, используя вертикально выровненные структуры углеродных нанотрубок, которые придают устройствам большую площадь поверхности для хранения заряда. Пока они могут получить вдвое больше плотности энергии существующего ультраконденсатора, но они пытаются получить примерно пять раз. Это создаст ультраконденсатор с четвертью плотности энергии литий-ионной батареи.

Будущие разработки включают использование индуктивной зарядки под улицей, чтобы избежать проводов. Пэд под каждой остановкой и при каждом стоп-сигнале по пути будет использоваться.

Школьные автобусы
В 2014 году первый серийно-модельный школьный автобус был доставлен в унифицированный школьный округ Кингс-Каньон в Калифорнийской долине Сан-Хоакин. Школьный автобус класса А был построен автобусом Trans Tech с использованием системы управления электрическим трансмиссией, разработанной Motiv Power Systems в Фостер-Сити, штат Калифорния. Автобус был одним из четырех округов. Первый раунд автобусов SST-e (как их называют) частично финансируется Программой улучшения качества воздуха AB 118, администрируемой Калифорнийским советом по воздушным ресурсам.

Транспортное средство Trans Tech / Motiv прошло все инспекции и сертификаты KCUSD и California Highway Patrol. Хотя некоторые дизельные гибриды используются, это первый современный электрический школьный автобус, одобренный для перевозки студентов любым государством.

С 2015 года канадский производитель Lion Bus предлагает полноразмерный школьный автобус eLion с корпусом из композитов. Это обычная производственная версия, которая строится и поставляется в объеме с начала 2016 года, причем около 50 единиц продано до 2017 года.

Гибридные автобусы
В конце 1990-х годов электротехника постепенно включалась в автономные транспортные средства. Были разработаны более чистые транспортные средства, чем обычные дизельные автобусы и более независимые, чем троллейбусы: это появление гибридных автобусов. Эти автомобили объединяют два двигателя, электрические и тепловые, чтобы обеспечить более оптимальное использование топлива (экономия от 10 до 30%). Однако, хотя они используют технологию восстановления электрической тяги и кинетической энергии (или даже для некоторого хранения энергии в батареях, называемых перезаряжаемым гибридным автомобилем), они работают благодаря топливу, в отличие от электрической шины, источником энергии которой является только электричество.

Автономные электрические автобусы
Сегодня в разработке находятся автономные электрические автобусы, а некоторые производители (Инновации в автомобильной промышленности, Renault Trucks, …) могут предоставить достаточную автономию, чтобы позволить операторам предоставлять услуги городского транспорта без ограничений. инфраструктуры. Некоторые из них используются в течение нескольких лет, таких как Montmartrobus, автобус, управляемый Régie Autonome des Transports Parisiens (RATP) с 2000 года. Автобусы на базе суперконденсаторов (линия Тоса в Женеве) будут представлять собой инвестиционную стоимость, меньшую, чем стоимость линии из троллейбуса, порядка миллиона евро за километр.

Технологии
Электрические шины работают по тому же принципу, что и тепловые шины, то есть благодаря тяговой цепи, работающей на электрическом двигателе, который питается от батарей (хранилище энергии адаптировано к электричеству за счет использования аккумуляторных батарей вместо топлива бак тепловых транспортных средств). Мощность, потребляемая электродвигателями, обеспечивает достаточную скорость для городского использования (более 70 км / ч).

батареи
С точки зрения хранения энергии это, по сути, технология батареи, которая развилась в исследованиях (особенно литий-ионные батареи с более высокой удельной массой). Сегодня эта технология позволяет обеспечить устойчивое использование современных моделей и развитие электрического автобуса в дополнение к осознанию воздействия обычных транспортных средств на окружающую среду. Хотя они занимают больше места, чем топливный бак, батареи могут сегодня, занимая место достаточно разумным, которого мы не замечаем. Эта автономия особенно улучшается с помощью системы восстановления кинетической энергии во время фаз торможения или торможения, восстанавливая до порога 20% , По сравнению с дизельными технологиями энергоэффективность электрических транспортных средств составляет примерно 90% в целом по сравнению с 40% для автомобилей с бензином.

преимущества

Экологическое преимущество
При использовании электрическая шина не выделяет парниковых газов. Выработка электроэнергии может в соответствии с производственным процессом привести к выбросам парниковых газов (например, диоксид углерода): углеродный след электрической шины не равен нулю, но имеет тенденцию к очень низким уровням загрязнения.

Экологическое преимущество
Электрическая шина очень мало шумит по сравнению с тепловой шиной и поэтому может быть, если она будет обобщена для улучшения качества жизни городских сред за счет снижения шумового загрязнения транспортных средств общего пользования.

Адаптация к городскому ландшафту
Комбинированные экологические и экологические преимущества позволяют ненавязчивым и чистым использовать электрические шины (отсутствие выбросов парниковых газов не является проблемой, равно как и тепловой автобус в районах, часто посещаемых пешеходами). Эти характеристики часто сохраняются для использования в городе: множество небольших электрических автобусов, которые будут использоваться в центре города в жилых районах и узких улицах, часто посещаемых пешеходами.

Экономические аспекты
Электрическая энергия дешевле в использовании, чем топливо, зарядка небольшой электрической шины составляет 2 евро. Однако стоимость электрических шин сильно варьируется в зависимости от типа шины: троллейбус, автобус с конденсаторами, гиробус, гибриды. Однако некоторые исследования оценивают стоимость электрической шины батареи как представляющую собой инвестиционную стоимость и работают от 5 до 10 12 в разы выше троллейбуса.

Недостатки

автономия
Автономия еще не так важна, как тепловые транспортные средства. Однако, хотя более низкая автономность батарей для электромобилей представляется технологическим ограничением использования электрических транспортных средств для индивидуального использования 13, применение электромобилей для поездок на автобусах является более рациональным. Продвинутая длина пути, начальная точка, конечная точка и расчеты установки могут быть легко сделаны соответственно. Кроме того, исследования, проведенные в этой области, продолжаются, во-первых, для улучшения срока службы батареи, а во-вторых, для ускорения зарядки аккумуляторов благодаря суперконденсаторам.

инфраструктура
Точки зарядки для электромобилей в настоящее время не так широко распространены, как автозаправочные станции, но эти инфраструктуры, как правило, все меньше и меньше

Стоимость
Электрические автобусы представляют собой инвестиции для покупки (более дорогие, чем дизельные шины с тепловой шиной), хотя можно сэкономить на потреблении энергии: цена на электроэнергию ниже, чем у топлива (из-за TIPP) и наилучшей эффективности использования энергии. Таким образом, для сравнения стоимость эксплуатационных троллейбусов ниже, чем стоимость трамвая, которая стоила себе по меньшей мере менее половины от стоимости дизельной шины.