WIRTSCHAFT & HANDEL

06.07.2018

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Overhead-Schnellladesystem für Elektrobusse von Fraunhofer und Partnern

Forscher des Fraunhofer-Instituts für Verkehrs- und Infrastruktursysteme IVI und mehrere Partner des EDDA-Bus-Projekts haben eine Stromabnehmer-Schnelllade-Lösung für Elektrobusse entwickelt, die das routebasierte Opportunity-Charging unterstützt. Im November 2014 begann in Dresden der Betriebstest eines umgebauten Busses und seiner Ladestation.
Die Lösung basiert auf vier Kerntechnologien: Die Dresdner M & P GmbH entwarf eine Ladestation mit sehr hohen Ladekapazitäten; Die HOPPECKE Advanced Battery Technology GmbH hat spezielle Batterien für diese hohen Leistungsanforderungen geliefert; Die Vossloh Kiepe GmbH übernahm die Anpassung der Leistungselektronik; und das Kontaktsystem auf dem Dach des Busses wurde vom Fraunhofer IVI gemeinsam mit der Schunk Bahn- und Industrietechnik GmbH realisiert.

Ladestation

Um einen Passagierbus ausreichend aufzuladen, werden Ladestationen mit unterschiedlichen Ladungskapazitäten benötigt, um die unterschiedlichen verfügbaren Zeitmengen widerzuspiegeln - d. H. wenn der Bus an einem Passagierstopp ist, anstatt sich im Depot aufzuhalten. So ist beispielsweise eine Umladung während des Fahrgastwechsels bei laufenden Bushaltestellen nur sinnvoll, wenn eine Ladekapazität von 400 - 500 kW realisiert werden kann.
M & P entwickelte daher zwei Arten von Ladestationen: eine Schnellladestation mit einer maximalen Ladeleistung von 250 kW; und eine Impulsladestation, ausgestattet mit 2,6 kWh Superkondensatoren (4,0 kWh optional), mit einer maximalen Ladekapazität von 600 kW (optional 700 kW).

Batterien

Die HOPPECKE Advanced Battery Technology GmbH (Zwickau) hat die Batterien für den EDDA-Bus mit dem Fokus auf hohe Ladekapazität entwickelt. Sie sind modular aufgebaut und können für den Einbau in Busse zu unterschiedlich großen Packs kombiniert werden.

Die Zellen sind Li-Ionen-Beutel mit einer NMC-Chemie. Die Gesamtkapazität beträgt 86 kWh (drei Module mit einer Ladeleistung von 450 kW). Das Batteriesystem, das hinten auf dem Dach des Busses montiert ist, ist flüssigkeitsgekühlt.

Sicherheit und Zusammenspiel von Bus und Ladestation

Die Entwicklungsziele bestanden darin, zusätzliche Anforderungen des Fahrers zu vermeiden und keine Einschränkungen für die Fahrgäste zu bewirken. Der automatische Ladeprozess identifiziert somit alle relevanten Systemzustände und reagiert bei Unstimmigkeiten entsprechend darauf.

Unter der Überwachung des TÜV Rheinland wurde ein Sicherheits- und Bedienkonzept erstellt, das auf der technischen Norm DIN EN 618511 basiert. Als ersten Schritt zum Gesamtkonzept wurde eine Risikoanalyse nach der Norm IEC 615082 durchgeführt. Die Umsetzung der abgeleiteten Aufgaben und Anforderungen wurden vom TÜV Rheinland überwacht und genehmigt.

Aus dem am Fraunhofer IVI gewonnenen Wissen über die Voraussetzungen für den Einsatz im regulären Busbetrieb ergeben sich folgende Rahmenbedingungen für die Gestaltung des automatisierten Ladeprozesses. Anschließend wurden sie von der Automatisierungslösung implementiert.

Warum sind E-Busse allgemein besser?

Die Welt wird schnell urbanisiert, und die Feinstaubbelastung - insbesondere bei Diesel, dem Brennstoff der Wahl für ältere Busse - wird zunehmend als Gesundheitskrise angesehen. Alte Busse fahren den ganzen Tag mit niedriger Geschwindigkeit durch die Stadt, spucken Dieselrauch direkt in die Gesichter der Stadtbewohner, was zu zahllosen Krankheiten und frühen Todesfällen führt. (Dieselrauch trägt erheblich zu den 6,5 Millionen Todesfällen pro Jahr bei, die durch Luftverschmutzung verursacht werden.)

Eine Elektrifizierung würde bedeuten, dass Busse praktisch keine Luftschadstoffe oder Treibhausgase emittieren. (Die Kraftwerke, in denen ihr Strom erzeugt wird, können diese Schadstoffe zwar noch erzeugen, aber selbst wenn sie mit Kohlekraftwerken betrieben werden, ist ein Elektrobus im Durchschnitt weit weniger umweltbelastend als ein Dieselbus.) Die Luftqualität in den Städten würde sich merklich und unmittelbar verbessern.

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