W ciągu ostatnich 15 lat wiele miast i władz zdecydowało się przetestować i wdrożyć elektryczne autobusy do swoich sieci transportu publicznego. Poza wykorzystaniem wtyczek do ładowania autobusów w nocy w zajezdni, mogą być one również ładowane bezprzewodowo za pomocą indukcyjnych systemów transferu energii. Realizując bezprzewodowe ładowanie padów na ulice i planując czas ładowania (5-10 minut) w trakcie pracy – autobus z małym akumulatorem (np. 60 kWh) może spędzić cały dzień na prowadzeniu pojazdu. Studium przypadku z rozwiązaniem IPT w Madrycie dowiodło, że technologia ta nadaje się do codziennej obsługi. W Europie 17 miast korzysta obecnie lub będzie korzystać z bezprzewodowych, ładowanych elektrycznie autobusów.
Wprowadzenie
Zmodernizowane gminy muszą zarządzać lokalnym zanieczyszczeniem powietrza. Jedną z prób jest zelektryfikowanie lokalnej floty autobusowej. Na całym świecie realizowane są projekty pilotażowe, w ramach których testowane są różne alternatywy dla elektrycznych systemów autobusowych, a żadna z nich nie jest idealna pod względem zastosowanych elementów pojazdu i integracji operacyjnej. Jak dotąd nie istnieje żaden standard techniczny, który okazałby się najlepszym rozwiązaniem we wszystkich przypadkach. Szyny elektryczne mają jedną wspólną cechę: ich silniki pracują na energii elektrycznej. Układ napędowy i inne elementy elektroniczne autobusów otrzymują swoją moc z akumulatora lub napowietrznej sieci trakcyjnej. Jeżeli silnik spalinowy doposaża pokładowy łańcuch zasilania w celu podłączenia do systemu elektrycznego, staje się on autobusem hybrydowym. Jedną z opcji ładowania wbudowanych akumulatorów autobusów elektrycznych jest zastosowanie bezprzewodowej technologii indukcyjnego ładowania.
Strategie ładowania
Autobusy elektryczne mogą ładować się w trzech różnych scenariuszach przedstawionych w niniejszym opracowaniu: Overnight charging, Opportunity charging i In-Motion (dynamiczne) ładowanie.
Ładowanie nocne
Typowa dzienna eksploatacja autobusu składa się z faz, które przebiegają na liniach i które znajdują się w zajezdni. Na przykład autobus odjeżdża o 4:00 rano i wraca o 20:00. Czas w zajezdni jest wykorzystywany na konserwację, sprzątanie i przygotowanie do następnego przejazdu. Autobus elektryczny może wykorzystać ten czas na doładowanie akumulatorów. Ładowanie nocne jest strategią, w której czas w zajezdni jest jedyną szansą na naładowanie autobusu na następny dzień roboczy. Oznacza to, że pojazdy te potrzebują dużych akumulatorów.
Okazja Ładowanie Okazji
Opportunity charging opisuje przypadek, gdy autobusy są ładowane nie tylko w zajezdni, ale również na stacjach ładowania w całej sieci. Autobusy nie muszą wracać do zajezdni, aby się naładować. Czas i energia mogą zaoszczędzić. W rezultacie, mniejsze akumulatory wymagane w autobusach. Dokładne planowanie jest konieczne, aby zapewnić, że żaden pojazd nie skończy się na zasilaniu. Aby zaoszczędzić czas, stacje ładowania mogą być wyposażone w bezprzewodowe podkładki do ładowania. Gdy tylko autobus uzyska stację, wykrywa ona i rozpoczyna ładowanie.
Ładowanie w ruchu
System In-Motion Charging (dynamiczny) umożliwia ładowanie autobusów elektrycznych podczas jazdy. Ma to tę zaletę, że nie jest brany pod uwagę dodatkowy czas na ładowanie w ciągu dnia pracy. Podczas konfiguracji inteligentnych, spalinowych pojazdów elektrycznych (OLEV), które mają dostęp do dynamicznego ładowania, mogą one pracować wiecznie. Podobnie jak w przypadku ładowania przy okazji, elastyczność ta jest ograniczona ze względu na stałe linie, które muszą być regularnie przywoływane, aby upewnić się, że stan naładowania (SOC) jest zawsze wystarczająco wysoki, aby dotrzeć do następnego pasa zasilania. Testy wykazały, że zaledwie 17 % długości sieci wyposażonej w kształtowe pole magnetyczne w technologii rezonansu (SMFIR) wystarcza do wystarczającego przenoszenia mocy. Prawdopodobnie stworzenie redundantnej sieci pasów ruchu dla niezawodnej sieci magistralowej będzie wymagało większej infrastruktury.
Technologia IPT Charge Bus
Bezprzewodowe stacje ładowania wzdłuż trasy przewyższają stan naładowania (SOC) w ciągu całego dnia pracy. W nocy bateria jest w pełni naładowana na następny dzień. IPT udowodnił swoją przydatność również w wielu przypadkach w Europie. Zaletą IPT jest to, że modułowa integracja komponentów pozwala na instalację modułów o mocy 100 kW do 300 kW.
Zmienne jest również rozmieszczenie elementów stacji ładującej. Typowa konfiguracja jest pokazana na rysunku poniżej.Podkładka ładująca (1) i zasilanie toru (2) są zainstalowane bezpośrednio pod powierzchnią drogi.
Urządzenia monitorujące i chłodzące są umieszczone w walizce obok przystanku autobusowego. W zależności od ustawienia, szczelina między stroną jezdni a pojazdem może się zmieniać. W Madrycie szczelina powietrzna mierzy 130 mm i prowadzi do 10 % strat mocy podczas przenoszenia.
Madryt
Madryt, stolica Hiszpanii, ma 3,2 mln mieszkańców. Organem odpowiedzialnym za publiczny transport autobusowy jest Empresa Municipal de Transportes de Madrid, S.A. (EMT). W 2016 roku linia autobusowa 76 została wyposażona w bezprzewodowy sprzęt do ładowania. Jej średnia długość wynosi 7 km, łącząc krawędź centrum miasta z obrzeżem. Mapa przedstawia położenie geograficzne trasy w stosunku do centrum miasta. Stacje ładowania znajdują się na obu końcach trasy. Przerwa pozioma między dolnym i górnym zwojem wynosi od 130 mm do 150 mm i jest wynikiem różnych konfiguracji pojazdów (ładunek, opony itp.) oraz nierównych powierzchni. Tolerancja pionowa dla ustawienia pojazdu wynosi 100 mm i musi być zapewniona przez kierowcę.
Moc każdej stacji ładowania wynosi 100 kW. a akumulator litowy magistrali ma pojemność 124 kWh, co odpowiada 154 Ah przy napięciu ~ 650 V. Są one skonfigurowane do pracy w stanie naładowania od 23 % do 100 % (Diaz, 2015). Efektywne wykorzystanie 95,48 kWh podczas pracy. Biorąc pod uwagę sprawność 93 % IPT, pełne naładowanie trwa teoretycznie 62 minuty. Minimalny postęp na linii wynosi 10 minut (MOOVIT, n.d.). Podczas pracy, średnio 6,95 minuty czasu ładowania na każdym terminalu (Diaz, 2015) daje minimalny SOC 55 Ah (~ 36 %), jak pokazano na poniższym rysunku. Wartość ta może być interpretowana jako wystarczająco stabilna w przypadku konieczności pominięcia okresu ładowania, aby dotrzeć do magazynu i zrekompensować starzenie się akumulatora.
Wniosek
Ładowanie bezprzewodowe to najnowocześniejsza technologia, którą wiele organów tranzytowych uważa za wartą przyjęcia. Podkładki indukcyjne do autobusów elektrycznych z możliwością ładowania – specyficzne konfiguracje baterii i mocy ładowania różnią się od siebie. W przyszłości w Europie pojawiać się będą kolejne projekty. Główne kwestie to ograniczenie elastycznego działania i integracja urządzeń wysokiego napięcia w przestrzeni publicznej.