-
Die Erfindung betrifft ein Fahrzeuggespann für die Personenbeförderung, sowie ein Verfahren zum Betreiben eines derartigen Fahrzeuggespanns.
-
Speziell im öffentlichen Personen-Nahverkehr (ÖPNV) kommt es in vielen Regionen zu inhomogenen Auslastungen der dort eingesetzten Fahrzeuge/Busse im Tagesverlauf. In der Regel kann hier zwischen Hochlast- bzw. Spitzenlast-Zeiten, wie beispielsweise dem Pendler/Schülerverkehr am Morgen und am Nachmittag, und Schwachlast-Zeiten am restlichen Tag unterschieden werden. Für solche Situationen gibt es für den Einsatz am herkömmlich eingesetzten Fahrzeug mit Verbrennungsmotor zusätzliche Personenanhänger, die bei Bedarf an das Fahrzeug an- oder abgekoppelt werden können, um den Transportbedarf während der Hochlast-Zeiten abzudecken. Ein derartiges Fahrzuggespann wird im Volksmund auch Buszug genannt und bildet eine Alternative zum häufig ganztägig eingesetzten Gelenkbus.
-
Insbesondere in Städten bzw. Regionen mit hohen Fahrgastaufkommen durch Schüler-Berufsverkehr nur in Spitzenzeiten ist diese Transportvariante eine Alternative zum Gelenkbus, da in Zeiten geringer Auslastung der Anhänger abgekoppelt werden kann und ausschließlich das Zugfahrzeug den Betrieb realisiert. Dieses spart im Vergleich zu einem Gelenkbus Energie oder - falls in den Spitzenzeiten ein zweiter Bus eingesetzt wird - verringert den Personalaufwand. Ein Buszug besteht beispielsweise aus einem Midibus (~10 m) oder Solobus (12 m) in Verbindung mit einem Personenanhänger (ca. 11 m inklusive Deichsel).
-
Im Vergleich zu Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor ergibt sich für Elektromobile aufgrund der verfügbaren Batterietechnologie im Hinblick auf deren Gewicht und Speichervermögen ein grundlegendes Problem insbesondere hinsichtlich der Reichweite von für die Personenbeförderung eingesetzten Elektromobilen. Trotz der damit verbundenen Nachteile, ist es für eine möglichst große Reichweite daher oft sinnvoll, ein möglichst großes Batteriepaket im Fahrzeug zu verbauen. Anderenfalls müsste eine arbeits- und ressourcenaufwändige Infrastruktur geschaffen werden, die ein Nachladen von Fahrzeugen mit kleinen Batterien und entsprechend geringer Reichweite ermöglicht.
-
Diese Nachteile verhindern aber den einfachen und unaufwändigen Umstieg von der Verbrennungsmotortechnologie auf die Elektromobilität in der Personenbeförderung, insbesondere im öffentlichen Personennahverkehr.
-
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Elektrofahrzeug für die Personenbeförderung zu schaffen, das angepasst an dessen Auslastung trotz einer begrenzten Energiekapazität eine hohe Reichweite aufweist.
-
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das Fahrzeuggespann mit den Merkmalen von Anspruch 1 und das Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 5 gelöst. Die Unteransprüche geben jeweils vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung wieder.
-
Grundgedanke der Erfindung ist es, einen Fahrzeug-Anhänger für den Einsatz an elektrisch betriebenen Fahrzeugen, zum Beispiel für die Verwendung im ÖPNV, bereitzustellen, der eine Transportkapazität für Personen und eine neben der bereits im Elektro-Zugfahrzeug verbauten, zusätzliche Traktionsbatterie aufweist. In Summe steht dem Fahrzeuggespann somit eine größere Gesamtbatteriekapazität für die Fortbewegung zur Verfügung. Die Versorgung des Antriebsstranges erfolgt bei angekoppeltem Anhänger bevorzugt primär aus der im Anhänger angeordneten Traktionsbatterie, kann aber auch aus beiden Batteriesystemen gleichzeitig erfolgen. Das Nachladen der Batterie im Anhänger wird im abgekoppelten Zustand während Schwachlast-Zeiten durchgeführt.
-
Erfindungsgemäß ist also ein Fahrzeuggespann für die Personenbeförderung vorgesehen, mit einem einen ersten Fahrgastraum aufweisenden Zugfahrzeug mit einem eine erste Traktionsbatterie aufweisenden Elektroantrieb, einem einen zweiten Fahrgastraum aufweisenden Anhänger mit einer zweiten Traktionsbatterie, einem ersten Kupplungsmittel zum lösbaren Verbinden des Zugfahrzeugs mit dem Anhänger, einem zweiten Kupplungsmittel zum lösbaren Verbinden des Elektroantriebs des Zugfahrzeugs mit der zweiten Traktionsbatterie.
-
Bevorzugt ist eine die Speisung des Elektroantriebs mit elektrischer Energie aus der zweiten Traktionsbatterie gegenüber elektrischer Energie aus der ersten Traktionsbatterie bevorzugenden Steuerung vorgesehen.
-
Wenngleich der Elektroantrieb im gekoppelten Zustand von Zugfahrzeug und Anhänger bevorzugt von der am Anhänger angeordneten zweiten Traktionsbatterie gespeist wird, ist die Steuerung zur Speisung des Elektroantriebs mit elektrischer Energie bevorzugt so eingerichtet, dass die Energie alternativ sowohl aus der ersten Traktionsbatterie als auch aus der zweiten Traktionsbatterie bereitgestellt wird.
-
Nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung sind das erste Kupplungsmittel und das zweite Kupplungsmittel als eine Kupplungseinheit ausgebildet, sodass durch die Kupplungseinheit sowohl eine mechanische als auch eine elektrische Verbindung hergestellt wird und der Anhängevorgang einfach vorgenommen werden kann.
-
Die Kapazität der zweiten Traktionsbatterie entspricht bevorzugt wenigstens 50 kWh. Dieses entspricht in etwa einer Reichweitenverlängerung von ca. 35 km ohne Nachladung.
-
Speziell ist das Fahrzeuggespann als ein Omnibus und ein Busanhänger aufweisender Buszug ausgebildet.
-
Schließlich wird auch ein Verfahren zum Betreiben des zuvor dargestellten Fahrzeuggespanns offenbart, wobei das Zugfahrzeug während Hochlastzeiten im mit dem Anhänger gekoppelten Zustand und während Schwachlastzeiten ohne Anhänger betrieben wird. Speziell wird die zweite Traktionsbatterie während Schwachlastzeiten geladen. Dieses erfolgt entweder zentral, z. B. auf dem Betriebshof des Personenbeförderungsunternehmens, oder an einer dezentral eingerichteten Infrastruktur zum Laden von Batterien von Elektrofahrzeugen.
-
Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung kann der zur Personenbeförderung benötigte Energiebedarf aufgrund der Tatsache, dass der Energiebedarf eines Fahrzeugs linear mit dessen Gesamtmasse steigt, durch den Einsatz eines erfindungsgemäß ausgestalteten elektrischen Fahrzeuggespanns positiv beeinflusst werden. In Schwachlast-Zeiten reduziert sich der Verbrauch spürbar, da der Anhänger des Gespanns, und somit dessen zusätzliche Masse, auf der Parkposition verbleibt. Über den Tag führt dies im Vergleich zu einem Gelenkbus zu einer Reduzierung des Gesamtverbrauchs und letztendlich zu einer Erhöhung der Reichweite, Verbesserung der Effizienz und einer Senkung der Betriebskosten.
-
Des Weiteren können durch den Einsatz eines elektrischen Buszugs die in dem Anhänger verbauten Batterien während dessen Stillstand, also in Schwachlast-Zeiten, im Vergleich zu einem elektrischen Gelenkbus gleicher Fahrgast- und Batteriekapazität, nachgeladen werden. Dieser Vorgang stellt auf Grund längerer Pausen keinen großen Anspruch an den betrieblichen Ablauf dar, wie dies sonst bei der Gelegenheitsladung eines Elektrofahrzeugs in kurzen Pausen der Fall ist. Durch die Nachladung des Anhängers kann die Gesamtreichweite des Buszugs sogar signifikant erhöht werden.
-
Außerdem führt das Einplanen der Schwachlast-Zeiten in den Beschaffungsvorgang eines elektrischen Buszugs zu einer Reduktion der auf dem Gespann verbauten Gesamtbatteriekapazität, die nötig ist, um den vorgegebenen Einsatzplan zu bewältigen. Dies führt gleichzeitig zu einer Reduzierung der für die Batterieherstellung benötigten Ressourcen.
-
Bei der Abdeckung diverser Buslinien durch einen Personenbeförderungsbetrieb und dem damit verbundenen größeren Fuhrpark müssen die Spitzenlast-Zeiten der einzelnen Linien bei Verwendung erfindungsgemäß ausgestalteter Fahrzeuggespanne nicht zwingend überlappend ausgelegt sein. Hierdurch wird es möglich einen Anhänger für zwei oder mehr Zugfahrzeuge zu verwenden. Dies führt zu einer Reduzierung der vorzuhaltenden Fahrgastkapazität und neben einer Kostensenkung auch zu einem verringerten Platz- und Wartungsbedarf.
-
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass Fahrzeugumläufe, die ohne einen erfindungsgemäß ausgestalteten Buszug auf Grund ihrer Länge gar nicht, oder nur unzufriedenstellend mit Gelegenheitsladung des Fahrzeugs elektrifizierbar sind, durch den Einsatz eines Buszugs mit deutlich weniger Ladestationen, bei gleicher Gesamt-Batteriekapazität des Systems, umgesetzt werden können. Durch die geringere Anzahl an notwendigen Ladestationen wird die Auslegung und Wartung der Ladeinfrastruktur vermindert und vereinfacht.
-
Schließlich können durch die Nutzung der in der Regel längeren Pausen der Schwachlast-Zeiten die Ladestationen zum Nachladen der Batterie des Anhängers im Vergleich zu einer Gelegenheitsladung des Zugfahrzeugs in dessen Stillstand-Zeiten, deutlich kleiner dimensioniert werden. Dies spart - bei einer insgesamt kleineren Ladeinfrastruktur - zusätzliche Ressourcen bei der Netzauslegung und somit letztendlich bei der Leistungsbereitstellung.
-
Zusammenfassend können aufgrund der Erfindung der Gesamtenergieverbrauch des Tagesumlaufs im Vergleich zum Gelenkbus reduziert, die Reichweite des Elektrobusses bei kleinerer Batterie wesentlich verlängert, Infrastrukturkosten der Ladeinfrastruktur gemindert und durch Verteilung der Batterieladung über den Tag die Netzbelastung an nur einem Punkt (z.B. dem Betriebshof) verringert werden.
-
Die Erfindung wird anhand eines in der einzigen 1 dargestellten Einsatzplans eines erfindungsgemäß ausgestalteten Fahrzeuggespanns näher erläutert.
-
Gemäß 1 ist ein Einsatzplan für ein erfindungsgemäß ausgestaltetes Fahrzeuggespann vorgesehen, bei dem sich Hochlast- und Schwachlastzeiten abwechseln. Insbesondere ist vorgesehen, dass das Fahrzeuggespann zwischen 22:00 Uhr und 6:00 h nicht in Benutzung ist. In dieser Zeit kann die erste Traktionsbatterie des Zugfahrzeugs vollständig aufgeladen werden, wobei die zweite Traktionsbatterie des Anhängers bereits in der vorherigen Schwachlastperiode aufgeladen worden ist.
-
Zu Beginn eines Arbeitstages mit einer Hochlastzeit zwischen 06:30 Uhr und 09:30 Uhr steht somit ein voll aufgeladenes Fahrzeuggespann zur Verfügung, wobei der Elektroantrieb des Zugfahrzeugs während dieser Zeit bevorzugt mit elektrischer Energie aus der zweiten Traktionsbatterie des Anhängers gespeist wird.
-
Zu Beginn der Schwachlastzeit um 09:30 Uhr wird der Anhänger abgekoppelt und das Zugfahrzeug ohne Anhänger betrieben, wobei der Elektroantrieb ausschließlich von der dem Zugfahrzeug eigenen ersten Traktionsbatterie gespeist wird. Der Anhänger kann während der Schwachlastzeit bis 11:30 Uhr lediglich abgestellt werden und zu Beginn der weiteren Hochlastzeit um 11:30 Uhr wieder an das vorherige (oder ein anderes) Zugfahrzeug angehängt werden.
-
Bevorzugt ist jedoch vorgesehen, dass die zweite Traktionsbatterie des Anhängers während der Schwachlastzeit an dem Abstellort geladen wird, sodass der Anhänger zu Beginn einer weiteren Hochlastzeit mit möglichst hoher Ladekapazität zur Verfügung steht. So kann das Zugfahrzeug bei gekoppeltem Anhänger während der Hochlastzeit bis 14:00 Uhr primär mit Energie aus dem Anhänger betrieben werden.
-
Diese Arbeitsvorgänge wiederholen sich während der sich anschließenden Schwachlast- und Hochlastzeiten bis das Fahrzeuggespann über Nacht gemeinsam oder getrennt voneinander abgestellt und nicht benutzt wird. Spätestens am nächsten Morgen müssen Zugfahrzeug und Anhänger wieder miteinander gekoppelt werden, um die entsprechende Personenlast aufnehmen und die erforderliche Reichweite erbringen zu können.
