A második generációs hibrid buszok

2020. április 20. - _zahnrad

k-urbino-12-hybrid.jpgAz első generációs hibrid buszok kudarcos szereplését követően feltűnnek a színen az újabb hibrid megoldások. Mi változott? A kudarcok után megéri még ezeket megvenni?

Dízel-elektromos hibrid buszokkal régóta kísérleteznek a különféle buszgyárak, de mégis a komolyan vehető sorozatgyártás kezdetét az elmúlt évtizedre tesszük, ezért az elmúlt egy-másfél évtizedben készült hibrid buszokat tekintjük az első generációsnak. Az első generációs hibridekkel számtalan probléma volt: a jelentős felárukhoz képest nem hozták a marketing anyagokban megígért fogyasztáscsökkenést. Nehezek voltak, de számos olyan (kényszer)megoldást alkalmaztak, ami a nagysorozatú dízelbuszoktól eltért vagy újszerű volt, ezért a megbízhatóságuk is elmaradt a dízeles társaiktól. Ezek nehézkes és drága pótalkatrész ellátáshoz vezettek. A problémákról már kevesebb szó esett a marketinganyagokkal jól kitömött szaksajtó hasábjain is.

img_5539.JPGElső generációs, soros hibrid Mercedesek Kecskeméten. Nem muzsikálnak túl fényesen.

Az igénytelen gázolajtartályokhoz képest új jelenség az energiatárolók öregedésével járó kapacitásvesztés. Ez több esetben az előre megígért időtartamnál hamarabb következett be. A másik probléma pedig az energiatárolók nem megfelelő kiválasztása volt. A városi közlekedés sajátosságaira nem is egyszerű akkumulátort választani, sok esetben nem is volt elérhető megfelelő cellatípus. A lítium-ion akkumulátorok esetén többségében olyan megoldások vannak, amik jóval kisebb teljesítménnyel tölthetők, mint ahogyan meríteni szabad ezeket. Ha valamelyik gyártó ezt a korlátot betartotta, akkor a gyenge visszatáplálás miatt nem jöttek a jobb fogyasztási adatok, ha nem tartotta be, akkor pedig a vártnál hamarabb elhasználódott az akkucsomag. Az első generációs hibridekben használt akkumulátoroknál alulbecsülhették a gyorsítások-lassítások ciklusszámát. A busz nem metró, hogy ideális menetdiagramja legyen egy gyorsítási-kifuttatási és fékezési ciklussal két megálló között.

Az akkumulátorokkal kapcsolatban a másik széles körben ható tényező, hogy a megfelelő teljesítmény biztosításához, akkora kapacitású akkumulátorokat kellett használni, amit nem lehetett jól kezelni és még a tömegük is jóval nagyobb volt a kelleténél. Ezt vagy újabb cellakémiák (pl. NMC 811, LTO) használatával vagy ultrakondenzátorokkal lehet kiküszöbölni.

akasol_telep.pngAkasol akkucsomag. Volt honnan fejlődnie és még van is hova... (Kép: Akasol)

Végül pedig azt is megemlíthetjük, hogy a gépészeti tervezés és gyártás terén tapasztalt gyártók és beszállítók, külsős tervezőcégek az elektromosság területén elég nehézkesen indultak el. Nem is csoda, nagyon kevés a közúti járművek terén kellően tájékozott olyan elektromérnök csapat, aki jobban tudta volna a hagyományos gépészettel ötvözést észszerű költségekkel megoldani.

img_1024.JPGA politikai hátszél jót tett az elektromos buszoknak, a vírus miatt kialakuló válság után kérdés mi lesz

Nem csak ezekért kerültek ki a hibrid buszok a média reflektorfényéből. A másik ok az elektromos buszok feltűnése és a politikai hátszéllel történő viharos terjedésük. Ha már fizetünk felárat az alternatív hajtásért, akkor kicsit se szennyezzen. Csakhogy a képlet nem ennyire egyszerű. Az elektromos buszok még mindig irreálisan drágák, még mindig jóval elmarad a befogadóképességük a dízelbuszokétól, nagy a veszélye a felhasználási területre nem megfelelő kiválasztásnak, és számos egyéb hátrányuk is van. Az egyéb hátrányokat úgy lehetne összefoglalni, hogy a hajtás jóval hatékonyabb a dízelnél, ezért már használható távolságokra elegendőek a gázolajnál jóval kisebb energiasűrűségű akkumulátorok, ha csak hajtunk. A segédüzemek energiafogyasztása egy dízelbusz esetén elhanyagolható, viszont az elektromosnál még úgy is jelentős tételt képviselnek, ha a szokásosnál jóval hatékonyabb (és drágább) segédüzemeket használunk. Magyarul fűtéssel és hűtéssel együtt már nem olyan jó az elektromos buszok hatótávolsága.

Az Iveco Urbanway már nem első generációs hibrid

Tehát az áttörés még nem történt meg, csak lassú fejlődés van. A lassú fejlődés és a tapasztalatok azért elvezetnek az új generációs hibrid buszokhoz, ahogy az elektromosok hátrányai, költsége és a töltési infrastruktúra kiépítéséhez tartozó csillagászati költségek is. A koronavírus nyomán kibontakozó gazdasági válság kérdés hogyan befolyásolja a zöld átállást, de valószínűleg negatívan.

A zöld átállás mellett hangosan érvelők azt elfelejtik, hogy számottevő technikai fejlődés csak akkor van, ha az megéri. Ha a ráfordítás mértékétől több a megtakarítás. Ezt a jelenlegi elektromos energiatárolás és zöldnek mondott termelési megoldások még nem tudják. Ezért jól fog jönni egy a szokásosnál zöldebb, de relatíve olcsó alternatíva.

Lágyhibridek

17c686_011.jpgA C2-es hibrid Citaro minden karosszériaváltozata egyelőre csak lágyhibrid hajtással érhető el. (Kép: Daimler)

Előnyük az alacsony felár, a csekély bonyolultság és a minimális plusz tömeg. Ennek megfelelően az ígért fogyasztáscsökkenés sem sok, pár százalék, cserébe a várható élettartama az energiatárolóknak talán jobb lesz. A csak rásegítésre használt csekélyke teljesítményű (MAN - 8-12kW/520Nm; Mercedes - 14W/220Nm) 48 voltos elektromos gépek élettartama kérdés lehet, bár helyes hűtési méretezéssel és szabályzással azért ennek megugorhatónak kell lennie. A pici teljesítményből látszik, hogy tisztán elektromos haladásra ezek a buszok képtelenek.

p_bus_eot_lionscity19_2019-08.jpgAz új Lion's City dízel, lágyhibrid és elektromos hajtással érhető el. (Kép: MAN)

A két nagy, az MAN és a Mercedes ezt az utat választotta. Mindkét gyártó az ultrakondenzátorokat választotta energiatárolónak, nagyon csekély (MAN - 40Wh, Mercedes - 96Wh) kapacitással. Nagy előnyük az akkumulátorokkal szemben, hogy könnyűek és ugyanakkora árammal (teljesítménnyel) lehet tölteni ezeket, mint ahogyan kisütni. Ennek a városi közlekedésben meglévő gyakori gyorsítás és fékezés miatt van jelentősége. Ahogy annak is, hogy nagyon jól bírják ezt az kisütés-töltési ciklust, nem lesz tőle melegük, kevésbé öregednek az akkumulátorokhoz képest. A környezeti hőmérséklet változását is jobban viselik.

A csekélyke tárolókapacitás láttán nem nehéz megjósolni, hogy az ígért fogyasztáscsökkenéssel itt is lehetnek bajok. Talán az extra energiaigényű segédüzemek (pl. légbefújás) fogyasztásra gyakorolt hatását tudhatják ezek a rendszerek csökkenteni.

Valódi hibridek - a második felvonás

volvo_7900_hybrid_v2.jpgJobb lesz az első felvonásnál? (Kép: Volvo)

Az első szériás hibridekhez képest kevesebb gyártó kínál korszerűbb akkumulátorokkal hibrid buszt. Az egyik ilyen a Volvo, ők valamelyest újratervezték a meglévő megoldásukat és új marketing névvel akarnak felhajtást keríteni köré. A vírus miatt kialakuló gazdasági helyzet miatt lehet még többen kénytelenek lesznek az elektromos buszoktól gazdaságosabb zöld megoldást kínálni.

A Volvo új akkumulátorokat szerel a hibrid buszaira, ezek már a Samsungtól érkeznek. A buszok fantázianeve S-charge, azaz öntöltő, nincs szüksége külső töltésre. A korábbi hibridek felépítését megtartják, azaz párhuzamos hibrid hajtás 4 hengeres, 5 literes dízelmotorral, egy kompakt indító-motor egység és a 12 fokozatú I-shift váltó. A változás, hogy az új akkumulátorok miatt 20km/óra helyett már 50km/óráig tud hajtani az elektromos motor és akár 1 kilométert is meg tud tenni tisztán elektromos hajtással. A korábbi hibrideknél erre nem volt lehetőség. Az új akkumulátorokról egyelőre csak annyit árult el a Volvo, hogy lítium akkumulátorok.

iiveco_urbanway_hibrid.jpg

A Solaris és az Iveco is a BAE Systems soros hibrid rendszerével kínálja a buszait.A brit központú cég amerikában gyártja a hibrid hajtásrendszerét, korábban is épültek ezzel hibrid buszok. Az így megszerzett tapasztalataikból tanultak, a hajtásrendszert fokozatosan korszerűsítették. A kisebb buszok esetén az aszinkron motort lecserélték nagyobb hatásfokú állandómágneses szinkron motorra, és minden változatnál javítottak a hibrid rendszer vezérlésén. Korábban többféle akkumulátorral is kínálták a különféle járművekhez a hibrid rendszereiket, a legutolsót NMC cellákkal, 11,6 kWh-ás kapacitással. A 635 voltos rendszer 200 kW teljesítményt tud szolgáltatni. Ahogy az újabban ajánlott 0,86 kWh-ás kapacitású ultrakondenzátor telep is, ami az akkumulátoros változattól majdnem 200 kilóval könnyebb. Így sem lepkesúlyú, csak a kondenzátorok konténere 351 kg.

A szóló és a csuklós buszokba természetesen más teljesítményű hajtás kerül. Az adataik:

  • A szóló buszokba kerülő generátor 145 kW-os teljesítményű és 660 Nm a nyomatékigénye.
    • A hajtást intéző állandómágneses szinkron motor folyamatos teljesítménye 120 kW.
    • Folyamatosan leadható nyomatéka 1000 Nm.
    • Rövid ideig túlterhelhető egészen 195 kW teljesítményig és 210 0Nm-es nyomatékig.
    • A motor tömege 192 kg.
  • A csuklós buszba kerülő generátor 200 kW-os teljesítményű és 870 Nm a nyomatékigénye.
    • A hajtást intéző aszinkron motor folyamatos teljesítménye 160 kW.
    • Folyamatosan leadható nyomatéka 2400 Nm.
    • Rövid ideig túlterhelhető egészen 200 kW teljesítményig és 5200 Nm-es nyomatékig.
    • A motor tömege 352 kg.

Eltérő a két gyártó kínálatában a generátort forgató dízelmotor. A Solaris szóló változatban egy 4 hengeres, 4,5 literes, 210 lóerős Cummins motort használ,a csuklósban 6 hengeres, 6,7 literes, 300 lóerős kivitelt.
Az Iveco nem vacakolt ennyit, a szóló és a csuklós buszban is ugyanaz a 6 hengeres, 287 lóerős Tector 7-est használják.

u18pinh.jpgSolaris Urbino 18 plug-in, azaz tölthető hibrid. Lehet megint jókor léptek. (Kép: Solaris)

A Solaris korábban kínált többféle hibridhajtást is, az utóbbi pár évben a hibrid buszos lengyel tendereken (Ząbkowice Śląskie, Konin, Plock, Szczecin)  viszont mindig a BAE Systems megoldásával indult. Mintha az Euro VI-os normát csak ezzel tudnák. A plug-in hybrid fantázianevű újdonságuk is ezt a rendszert használja. A nevéből is látszik, ez egy tölthető hibrid és 10 kilométeres tisztán elektromos üzemre is képes lehet. Az akkumulátorcsomag 31,8 kWh kapacitású lítium-ion, NMC cellákkal. Az akkucsomag tömege 520 kg. Tölteni nem csak visszatápláló fékezéssel, hanem garázsban, kábelről is lehet, mint a tisztán elektromos buszokat.

A fenti rendszerek még nem merítették ki a különféle területeken elért fejlődés lehetőségeit. Ez igaz a hajtásrendszerekre és az energiatárolókra is. Mivel a politika az elmúlt pár évben teljes gőzzel a tisztán elektromos buszok felé fordult, ezért a hibrid megoldásokra kevesebb figyelem jutott. A koronavírus nyomán érkező gazdasági visszaesés viszont újra előhozhatja a hibrid buszokat a feledés homályából.

A bejegyzés trackback címe:

https://omnibusz.blog.hu/api/trackback/id/tr2315621162

Kommentek:

A hozzászólások a vonatkozó jogszabályok  értelmében felhasználói tartalomnak minősülnek, értük a szolgáltatás technikai  üzemeltetője semmilyen felelősséget nem vállal, azokat nem ellenőrzi. Kifogás esetén forduljon a blog szerkesztőjéhez. Részletek a  Felhasználási feltételekben és az adatvédelmi tájékoztatóban.

nyelv-ész 2020.04.20. 18:39:33

Nem értem, hogy a Toyota bolygóműves hibrid hajtásához hasonló megoldásokkal miért nem kísérleteznek. A Toyota legújabb hibridjei bizonyítják, hogy okos vezérléssel elkerülhető, hogy a dízelmotor minden gyorsításnál vagy emelkedőn üveghangon bőgjön. Ha elég combos a villanymotor és az aksi, akkor a dízelnek szinte alig kell belehajtania, és elég, ha csak áramot termel.

Aron_son 2020.04.26. 13:03:41

Hiánypótló írás, és egyben jó téma felvetés. Különösen kíváncsi vagyok én is az elektromos buszok jövőjére egy esetleges gazdasági válság esetén. Úgy vélem, abban az esetben úri huncutságnak fog minősülni az e-buszozás és valóban hibridek így akár nagyobb teret nyerhetnek az eladások tekintetében.

nemeza 2020.05.03. 17:39:11

Szuper írás. Az elektromos és dízel-elektromos mellett a tüzelőanyagcella is újra a középpontba került. Ha úgy adódik, erről is érdekes lenne egy újabb írás - ha valóban fejlődött 10 év alatt annyit a technika.
omnibusz.blog.hu/2010/08/11/hidrogennel_hajtott_buszok
Részben ezt kiegészítendő:
sony872.blog.hu/2019/01/25/alternativak_az_alternativ_hajtasban_elektromos_buszozas