Podwójny zasięg – test autobusu Mercedes-Benz eCitaro fuel cell

Napęd miejskiego autobusu Mercedes-Benz eCitaro fuel cell można zaliczyć w poczet nowatorskich rozwiązań, jednak jest on konsekwencją strategii koncernu Daimler Truck polegającej na rozwoju bezemisyjnych pojazdów w oparciu o wykorzystanie baterii i wodoru.

Mercedes­‑Benz NEBUS (nazwa jest skrótem pochodzącym od „Neuer elektrischer Bus”) był pierwszym na świecie autobusem komunikacji miejskiej napędzanym ogniwami paliwowymi, a zarazem częścią projektu badawczego o tej samej nazwie dotyczącego wykorzystania bezemisyjnych napędów.

Kokpit współczesnego autobusu komunikacji miejskiej. Monitory systemy MirrorCam zamiast lusterek bocznych oraz monitor systemu wizji 360°.

W ramach NEBUS­‑a przeprowadzono testy w kilku krajach Europy, a także w Chinach i Australii, wykorzystując prototypowe modele Mercedesów do przewożenia pasażerów na regularnych liniach komunikacyjnych. Daimler Buses – spadkobierca doświadczeń zdobytych pod koniec lat 90. – wbrew oczekiwaniom wkroczył we współczesną elektromobilność, stosując zgoła odmienną technologię, której wróżono szybki wzrost popularności napędzany m.in. postępem technicznym i rozbudową sieci stacji ładowania baterii. Pierwsze eCitaro (2018 r.) było zasilane bateriami, natomiast w kolejnych fazach rozwoju Daimler przewidywał możliwość stosowania tzw. range extendera, czyli ogniwa paliwowego niskiej mocy zwiększającego zasięg autobusu. Prowadzono także doświadczenia z tzw. polimerowymi bateriami, charakteryzującymi się wyjątkowo wysoką gęstością energii, ale ostatecznie miejskie eCitara pozostały przy bateriach typu NMC. Pojawienie się zapowiadanego extendera (2024 r.) w napędach bezemisyjnych Mercedesów było do pewnego stopnia zaskoczeniem, gdyż w tym samym czasie na rynku autobusowym wystąpił istny wysyp napędów wodorowych, w których ogniwo paliwowe spełniało funkcję głównego źródła energii. Można się było domyślić, iż lata doświadczeń zdobytych podczas realizacji projektu NEBUS, a także w tej chwili trwających badań w ramach Cellcentric, czyli wspólnego dzieła dwóch największych koncernów świata (Daimler Truck i Volvo Group), miały wpływ na decyzję Daimler Buses.

System rozpoznawania znaków drogowych ułatwia przestrzeganie przepisów ruchu, a także oszczędzanie energii. Przekroczenie dozwolonej prędkości jest sygnalizowane na wyświetlaczu deski rozdzielczej oraz dyskretnym dźwiękiem ostrzegawczym.

Temperatura baterii jest jednym z parametrów, które można sprawdzić korzystając z komputera pokładowego.

Rozbudowany system czujników radarowych zamontowanych na frontowej ścianie (dwa po bokach zderzaka i jeden pośrodku) wyróżnia autobusy Daimler Buses na tle innych tego typu pojazdów. Systemy bezpieczeństwa aktywnego oraz układy wspomagające prowadzenie autobusu stosowane w modelach marki Mercedes­‑Benz spełniają przepisy, które będą obowiązywać w przyszłości…

Idea napędu zastosowanego w eCitaro fuel cell jest swego rodzaju kompromisem polegającym na wykorzystaniu infrastruktury ładowania baterii oraz ogniw paliwowych pozwalających dostosować zasięg do wymagań operatorów komunikacji publicznej. Wysoka cena wodoru używanego do zasilania ogniw paliwowych nie została pominięta w opracowaniach nowatorskiego napędu. Mercedes podszedł do tej kwestii chyba w najlepszy sposób, zwiększając efektywność wykorzystania najlżejszego z gazów. Dokonano tego w oparciu o tzw. charakterystykę ogniwa paliwowego obrazującą zmiany efektywności zużycia wodoru w zależności od generowanej mocy. W przypadku ogniwa zastosowanego w eCitaro fuel cell o mocy maksymalnej 60 kW szczyt sprawności energetycznej występuje w zakresie od 20 do 40 kilowatów. Układ sterowania czuwa nad utrzymaniem tego stanu, dbając o efektywność zachodzących w ogniwie przemian i oszczędność wodoru.

Baterie w napędzie eCitaro fuel cell przez cały czas pełnią główną rolę, dostarczając energii napędowi oraz innym odbiornikom, natomiast wprowadzenie ogniwa paliwowego poza zwiększonym zasięgiem i obniżonym kosztem poszerzyło także możliwości dostosowania autobusu do istniejącej infrastruktury ładowania. Model eCitaro fuel cell może być eksploatowany w oparciu o ładowanie stacjonarne za pośrednictwem złącza CCS2, tankowanie wodoru bez konieczności doładowywania baterii, a także zrównoważone wykorzystanie obu źródeł. Wybór pozostaje kwestią nabywcy, jednak specjaliści z Daimler Buses służą pomocą w podejmowaniu decyzji, a także w przygotowaniu odpowiedniej infrastruktury.
I tak, układ zasilania eCitaro fuel cell może funkcjonować w trybie:

• maksymalnego zasięgu,
• zrównoważonym,
• H2 (tylko na wodór).

Do tankowania wodoru.

Baterie (2 moduły) wypełniają dolną przestrzeń tzw. wieży silnika, pozostałość po napędzie dieslowskim, obniżając położenie tzw. środka masy autobusu. Odgrywają one także istotną rolę podczas awaryjnego hamowania, zapewniając tylnej osi docisk, który maleje wraz z kątem pochylenia nadwozia.

Gniazdo ładowania baterii znajduje się z przodu po prawej stronie oraz na tylnej ścianie nadwozia. Zintegrowane światła łatwo utrzymać w czystości, a poza tym nadają nadwoziu eleganckiego wyglądu.

W trybie maksymalnego zasięgu zarówno ładowanie akumulatora, jak i zasilanie wodorem są wykorzystywane w maksymalnym stopniu, a ogniwo paliwowe zawsze pracuje w najefektywniejszym zakresie. 12­‑metrowy eCitaro eksploatowany w tym trybie może uzyskiwać zasięg do 600 kilometrów.
Tryb zrównoważony (tzw. balanced mode) oznacza, iż napęd i pozostałe odbiorniki czerpią prąd głównie z baterii, a ogniwo paliwowe dostarcza tylko tyle energii, ile jest niezbędne do pokonania zaplanowanego dystansu. Również w tym przypadku ogniwo paliwowe zawsze pracuje w najbardziej efektywnym zakresie, a maksymalny zasięg 12­‑metrowego eCitaro może wynieść choćby 700 km.
W trybie H2 baterie i ogniwo paliwowe pracują podobnie jak w pozostałych przypadkach, jednak w trakcie eksploatacji pojazd nie musi być podłączany do ładowarki. Ogniwo paliwowe funkcjonując w trybie H2, bywa bardziej obciążone niż, ale jego efektywność pozostaje utrzymana na najwyższym poziomie. eCitaro w trybie H2 zużywa średnio 6,3 kg/100 km wodoru, natomiast jego wersja G – 9,7 kg/100 km, uzyskując odpowiednio zasięg do 480 lub 360 km. Wartości zużycia wodoru świadczą o wysokiej efektywności ogniwa.

Zaawansowana technologia zbytnio nie wpłynęła na konstrukcję nośną oraz podwozia, natomiast frontowa ściana oraz dach stanowią swego rodzaju wizytówkę eCitaro. Kamery zamiast lusterek wstecznych są wyposażeniem opcjonalnym, podobnie jak system monitorowania obszaru wokół autobusu zastosowany w prezentowanym modelu. Dodatkowe wyposażenie zwiększa bezpieczeństwo, ale także ułatwia manewrowanie autobusem, podobnie jak arsenał nowych systemów i urządzeń, które niedawno powiększyły listę obowiązkowego wyposażenia.

Kokpit eCitaro nie różni się zasadniczo od swego odpowiednika stosowanego w klasycznych odmianach Citaro – choćby aktywowanie elektrycznego napędu odbywa się dzięki kluczyka. To dobra wiadomość dla zwolenników tradycyjnych rozwiązań, co nie zmienia faktu, iż elektryczny napęd wymaga od kierowcy respektowania zasad rekuperacji energii, ale w zamian oferuje lepsze osiągi, takie jak np. zasięg. Technika prowadzenia nie zmieniła się zbytnio. Duża w tym zasługa konstrukcji układu napędowego oraz zasilania, jednak efekty wykorzystania energii elektrycznej w dużej mierze zależą od umiejętności kierowcy. Podstawą oszczędnego wykorzystania energii jest łagodne rozpędzanie oraz rekuperacja, która w przypadku eCitaro fuel cell nabiera szczególnego znaczenia. Powodem są baterie, których pojemność (294 kWh) przekłada się na zdolność gromadzenia znacznie większych ilości odzyskiwanej energii niż ich odpowiedników stosowanych w klasycznych wodorowcach wyposażanych w baterie o pojemności do 100 kWh. Skuteczność odzyskiwania energii można zwiększyć, stosując tryb jednopedałowego kontrolowania prędkości oraz programując intensywność hamowania. Efekty można zauważyć w miejskim cyklu eksploatacji autobusu, natomiast na trasach podmiejskich sprawdza się tempomat z funkcją automatycznego rozpędzania zapobiegającą nadmiernemu wykorzystywaniu mocy maksymalnej napędu.
Zdolność odzyskiwania energii hamowania może stać się atutem ­eCitaro fuel cell eksploatowanego w terenie pagórkowatym. Wykorzystując odpowiedni tryb funkcjonowania układu zasilania, można zachować odpowiednią rezerwę pojemności baterii na gromadzenie energii hamowania, rekompensując chwilowe zmniejszenie pojemności energią z ogniwa.
Bateria o dużej pojemności sprzyja także uzyskiwaniu stosunkowo wysokich wartości przyspieszeń (kosztem zużycia energii, czyniąc bezemisyjnego Mercedesa dynamicznym środkiem transportu. Jego zaletą jest także bardzo dobra widoczność bezpośrednia wspomagana przez system kamer i monitorów.

Przestronne wnętrze z dużą liczbą miejsc siedzących oraz rozwiązaniami ułatwiającymi zachowanie estetycznego wyglądu oraz utrzymanie czystości.

System oświetlenia wnętrza przypomina rozwiązanie stosowane w autobusach turystycznych.

Objętość kabiny kierowcy sprzyja utrzymaniu temperatury na odpowiednim poziomie. Nie należy ona do największych, jednak układ podwieszanych pedałów oraz szeroki zakres regulacji położenia kolumny kierownicy spełnia wymagania najroślejszych kierowców.
Intensywność hamowania można zaprogramować, zmieniając położenie drążka „zwalniacza”.

Skrzynka bezpieczników.

Tekst, fot. DD