SaxHybridPLUS

Die Elektromobilität gilt als Zukunft sowohl des öffentlichen als auch des Privatverkehrs. Obwohl erste Fahrzeuge bereits auf dem Markt sind und regelmäßig eingesetzt werden, gibt es immer noch einige Hürden, die eine umfassende Einführung der Elektromobilität erschweren. So sind die Reichweiten rein elektrischer Fahrzeuge immer noch stark begrenzt. Im Bereich des öffentlichen Verkehrs wird diese Problematik noch verschärft durch die hohen Energiebedarfe von Bussen und lange oder anspruchsvolle Strecken, die mit den heute verfügbaren rein elektrischen Fahrzeugen schwer zu bewältigen sind.

Das Projekt SaxHybrid^PLUS – eines von rund 50 vom Bundesministeriums für Verkehr und Digitale Infrastruktur (BMVI) geförderten  Projekten des Schaufensters Bayern-Sachen ELEKTROMOBILITÄT VERBINDET – widmete sich der Entwicklung und Erprobung von Kerntechnologien für Plug-In-Hybridbusse. Durch den hybriden Ansatz können einige Nachteile derzeitiger Elektrofahrzeuge ausgeglichen werden, so dass es möglich wird, die Elektromobilität auch im öffentlichen Verkehr weiter zu etablieren. Dabei wurde großer Wert auf einen systemischen Ansatz im Zusammenspiel zwischen Fahrzeug, Lade- und Netzinfrastruktur gelegt. Außerdem adressierte das Projekt auch Fragen zur Integrierbarkeit der Ladeinfrastruktur für Plug-In-Hybridbusse in den städtischen Straßenraum. Darüber hinaus wurden Technologien für eine hohe Energieeffizienz von Hybridbussen entwickelt.

Partner

Im Projekt SaxHybrid^PLUS wirkten folgende Partner mit:

• Vossloh Kiepe GmbH (Anpassung der Leistungselektronik und Steuerung, Entwicklung und Einbau der Batterie)
• Lex & Hesse GmbH (Leichtbau)
• Dresdner Verkehrsbetriebe (DVB) AG (Praxispartner)
• Leipziger Verkehrsbetriebe (LVB) (Praxispartner)
• Fraunhofer IVI (selbstlernendes Energie- und Leistungsmanagement, Integration der Nachladefunktion)
  

Um die im Projekt entwickelten Technologien zu erproben, wurde ein 18 Meter langer Gelenkbus als Technologieträger ausgestattet. Dieser Technologieträger wurde zunächst als Plug-In-Hybridbus konzipiert, ist aber nach einem entsprechenden Umbau auch für die Erprobung weiterer Kerntechnologien des elektrischen ÖPNV, wie beispielsweise rein elektrisches Fahren, ausgelegt.

Der SaxHybrid^PLUS-Bus hat einen seriellen Plug-In-Hybridantrieb. Er ist ausgestattet mit zwei elektrischen Traktionsmaschinen, einem Dieselgenerator, einem elektrischen Energiespeicher und einer Schnellladeeinrichtung (Dockingstation). Durch dieses Antriebssystem kann der Bus ohne Einschränkungen über eine Teilstrecke von etwa 15 Kilometern rein elektrisch fahren. Dank des Dieselgenerators ist er jedoch nicht wie ein reiner Elektrobus von Ladestationen abhängig, sondern kann sehr flexibel auch völlig ohne Nachladen eingesetzt werden.

Sowohl Hybrid- als auch Plug-In-Hybridbusse benötigen eine auf die jeweilige Linie angepasste Betriebsstrategie (Energie- und Leistungsmanagement). Nur so ist eine hohe Kraftstoff- und Energieeffizienz erreichbar. Ein großes Novum des Fahrzeugs ist daher seine selbstlernende Betriebsstrategie, die die Fahrzeugfunktionen permanent an die Strecke, Verkehrslage, Fahrgastanzahl und Außentemperaturen (mittels Klimaanlage) anpasst. Durch dieses selbstlernende und sich adaptierende Energie- und Leistungsmanagement fährt der Fahrer den Bus so einfach wie einen Dieselbus. Auch der Verkehrsbetrieb muss keinerlei Einstellungs- oder Programmieraufwand betreiben. Selbst für das erstmalige Befahren zusätzlicher Linien im Verkehrsnetz ist keine Vorbereitung notwendig. Der Bus »lernt« die Linie bei der ersten Fahrt kennen, und optimiert mit jedem Umlauf das Zusammenspiel aus rein elektrischem Fahren, Nachladen an Ladestationen und effizientem Einsatz des Dieselgenerators.

Das Ziel ist die Minimierung des Dieselverbrauchs und die Reduzierung der Abgas- und Lärmbelastung, besonders in sensiblen Bereichen, wie zum Beispiel an Haltestellen, in der Innenstadt, in Wohngebieten und Parkanlagen. Abschnitte mit rein elektrischer Fahrweise können vorab definiert und in die Betriebsstrategie integriert werden.

Das Fraunhofer IVI arbeitet bereits seit vielen Jahren auf dem Gebiet der Elektromobilität. Die Mitarbeiter des Instituts haben sich ein breites Kompetenzspektrum in allen relevanten Bereichen aufgebaut. Im Projekt SaxHybrid^PLUS ist das Institut verantwortlich für die Betriebsstrategie des Busses und die Schnellladestation.

• »DockingPrinzip«
• Hochstromübertragungssystem für ÖPNV-Fahrzeuge
• Schnellladefähiger Elektrobus
  

Seit dem 21. März 2016 testen die Dresdner Verkehrsbetriebe AG und das Fraunhofer IVI den Plug-In-Hybridbus im regulären Betrieb. Der Einsatz erfolgt auf der topographisch anspruchsvollen Linie 61, die aufgrund unterschiedlicher Höhenprofile und Fahrgastnachfragen ideale Voraussetzungen für den Test des Energie- und Leistungsmanagements bietet. Weitere Linien werden folgen.

Die installierte Batterie hat einen nominellen Energieinhalt von 48 kWh und kann mit einer Leistung von bis zu 330 kW geladen werden. Mit Hilfe der nutzbaren Energiemenge von 38 kWh kann der Bus bis zu 15 km rein elektrisch betrieben werden, erst danach schaltet sich der Dieselantrieb zu. Damit eignet sich der Bus insbesondere für den Einsatz auf Linien, die durch städtebaulich sensible Bereiche führen. Zugleich verfügt der Bus über die technologischen Freiheitsgrade eines Dieselbusses.

Der vom schweizerischen Hersteller Carrosserie Hess AG gelieferte Gelenkbus ist mit einer Hochleistungsbatterie und Leistungselektronik der Firma Vossloh Kiepe GmbH ausgerüstet. Die Nachladung erfolgt am Betriebshof Dresden-Gruna über ein Stromabnehmersystem der Firma Schunk.

Linieneinsatz im Rahmen der DVB auf Linie 61

Nachladung

Die Nachladung des Energiespeichers erfolgt über drei Nachladekonzepte:

• Pantograph-Kontaktsystem: schnellladefähig, max. 330 kW, 250 kW dauerhaft, Zeit für Kontaktschluss < 1s,
• Stecker: 35 kW
• Rekuperation
  

Energiespeicher

• Lithium-Titanatoxid-Batterien: Leistung 240 kW, Energieinhalt 48 kWh (2 Module à 24 kWh), davon 38 kWh nutzbar

SaxHybrid^PLUS - Energiespeichersysteme für Hybridbusse mit qualifiziertem Energiemanagement – Projekt des Schaufensters Elektromobilität Bayern – Sachsen; 2013 – 2016; Auftraggeber: BMVI; Ansprechpartner: Projektträger VDI/VDE (Tel.: 030/3100780); Adaptives Energie- und Leistungs-management für Plug-In-Hybridbusse, Test eines Plug-In-Hybridbusses in Dresden und Leipzig

BMU-Prüfprogramm »Effizienz-, Kosten- und Einsatzanalyse für den Linienbetrieb von Dieselhybridbussen«; 2014 – 2015; Auftraggeber: VCDB als Auftragnehmer des BMUB; Ansprechpartner: Herr Jürgen Lange (Tel.: 0351/4823124); Streckenanalyse und Empfehlungen für den optimalen Linien-einsatz von Hybridbussen auf Basis unterschiedlicher Einsatzbedingungen; Anforderungen an das Fahrpersonal und Analyse des Fahrereinflusses auf die Fahrzeugeffizienz

Wissenschaftlich-technische Begleitung des Langzeittests eines Hybridbusses im Vergleich; 2014 – 2015; Auftraggeber: ViP Verkehrsbetrieb Potsdam GmbH Ansprechpartner: Herr Oliver Glaser (Tel.: 0331/ 66141000); Erfassung der Betriebsdaten eines Hybrid- und Dieselbusses im Vergleich; Bewertung hinsichtlich Energieeffizienz; Akzeptanz der Hybridbustechnologie beim Fahrpersonal

Begleitforschung »Hybridbusse für einen umweltfreundlichen ÖPNV«; 2010 – 2012; Auftraggeber: VCDB GmbH als Auftragnehmer des BMU; Ansprechpartner: Herr Jürgen Lange (Tel.: 0351/ 4823124); Bewertung der Hybridtechnologie hinsichtlich Energieeffizienz; Erfassung von Betriebs-daten im Verbund RegioHybrid; Akzeptanz der Hybridbustechnologie, Empfehlungen für den Linieneinsatz im Verbund RegioHybrid

Fachliche Begleitung der Einführung verschiedener Hybridbustypen in München; 2011; Auftraggeber: MVG; Ansprechpartner: Herr Franz Fendt (Tel.: 089/21914210); Bewertung der Hybridtechnologie bzgl. Energieeffizienz und Kosten, vergleichende Erfassung von Betriebsdaten verschiedener Hybrid- und Dieselbustypen, Befragungen zur Akzeptanz der Hybridbustechnologie durch Fahrer und Fahrgäste

Fachliche Begleitung der Einführung eines Gelenk-Hybridbusses der Fa. Solaris in Dresden; 2008 – 2009; Auftraggeber: DVB AG; Ansprechpartner: Herr Mino Weber (Tel.: 0351/ 8571454); Bewertung der Hybridtechnologie hinsichtlich Energieeffizienz und Kosten; vergleichende Erfassung von Betriebsdaten eines Hybrid- und eines Dieselreferenzbusses, Optimierung des Hybridbusses hinsichtlich Dieselverbrauch, Empfehlungen für den Linieneinsatz

Fachliche Begleitung der Einführung eines Gelenk-Hybridbusses der Fa. Solaris in Hannover; 2008 – 2009; Auftraggeber: üstra; Ansprechpartner: Herr Jens Ernsting (Tel.: 0511/16682685); Bewertung der Hybridtechnologie hinsichtlich Energieeffizienz und Kosten; vergleichende Erfassung von Betriebsdaten eines Hybrid- und eines Dieselreferenzbusses

Einführungskonzeptionen für Hybridtrolleybusse

ELIPTIC – koordiniert durch die Freie Hansestadt Bremen; 2015 - laufend; Auftraggeber: Europäische Kommission; Ansprechpartner (Senat der Freien Hansestadt Bremen): Herr Michael Glotz-Richter (Tel.: 0421/3616703); Anwendungsfall Eberswalde: Empfehlungen für die Linienerweiterung einer Trolleybuslinie mittels Einsatz von fahrzeugseitigen Energiespeichern

E-Bus Skorpion – Hybridtrolleybusse auf Gelenkbuslinien in Leipzig – Projekt des Schaufensters Elektromobilität Bayern – Sachsen; 2013 – 2016; Auftraggeber: BMVI; Ansprechpartner: Projektträger VDI/VDE (Tel.: 030/3100780); Bewertung der Gelenkbuslinien im Stadtgebiet von Leipzig hinsichtlich ihrer Eignung für den Einsatz von Hybridtrolleybussen auf der Grundlage detaillierter Energiebilanzrechnungen

ElektroHybridBus Esslingen; 2013 – 2015; Auftraggeber: Städtischer Verkehrsbetrieb Esslingen am Neckar; Ansprechpartner: Herr Harald Boog (Tel.: 0711/35123223); Dimensionierung von Speichern für einen Trolleybus mit Energiespeicher für partiell fahrleitungsfeien Betrieb, Lade- und Leistungsmanagement, messtechnische Begleitung

Fahrzeugsimulation Elektrobus auf der LVB-Linie 70; 2012; Auftraggeber: Verkehrs-Consult Leipzig (VCL) GmbH; Ansprechpartner: Herr Wolfgang Schütze (Tel.: 0341/9642429); Simulative Bewertung der Gelenkbuslinie 70 in Leipzig für den Einsatz eines Hybridtrolleybusses

Speichereinsatz im Trolleybusbetrieb der Stadt Eberswalde; 2011; Auftraggeber: Barnimer Busgesellschaft mbH; Ansprechpartner: Herr Frank Wruck (Tel.: 03334/52250); Dimensionierung von Speichern für einen Trolleybus mit Energiespeicher für verbesserte Energierekuperation und partiell fahrleitungsfeien Betrieb; messtechnische Begleitung