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Mercedes Citaro G BlueTec Hybrid
07.08.2009 - 00:00

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Mercedes Citaro G BlueTec Hybrid

CleanDrive Technologies: Citaro G BlueTec Hybrid

Mercedes-Benz präsentierte im Herbst 2007 den ersten Citaro mit diesel-elektrischem Hybridantrieb. Es handelt sich um einen technologisch besonders anspruchsvollen, seriellen Hybridantrieb. Er ermöglicht Teilstrecken abgasfrei im reinen Batteriebetrieb. Auf einem hohen Niveau ist auch die Konfiguration des Antriebs angesiedelt: Er wird in einen Gelenkbus Citaro G eingebaut und treibt mit vier Radnabenmotoren Mittel- und Hinterachse an. Mit dieser Kombination steht der Citaro Hybrid einzigartig da.

Der Dieselmotor arbeitet im seriellen Citaro G BlueTec Hybrid nicht als ständiges Antriebsaggregat, sondern dient als Generatorantrieb zur bedarfsweisen Strom­erzeugung. Der Dieselmotor verzichtet deshalb, Kennzeichen des seriellen Hybrid­antriebs, auf eine mechanische Verbindung zu den Antriebsachsen. Damit entstehen neue Freiheitsgrade in der Innenraumgestaltung.

Den erzeugten Strom speichern wartungsfreie Lithium-Ionen-Batterien, die auf dem Dach des Citaro montiert sind. Diese Batterietechnik zeichnet sich durch eine besonders hohe Energiedichte und hohes Speichervolumen aus. Das Batterie­system leistet 180 kW und ist mit einem Gewicht unter 350 kg inklusive Kühlung vergleichsweise leicht. Die Batterien werden nicht nur durch den Diesel­generator, sondern auch Kraftstoff sparend durch die beim Bremsen anfallende Energie gespeist, die so genannte Rekuperation.


CleanDrive Technologies: Citaro G BlueTec Hybrid

Vier elektrische Radnabenmotoren treiben zwei Achsen an

Den eigentlichen Antrieb auf die Räder des Citaro Hybrid übernehmen vier elektrische Radnabenmotoren an Mittel- und Hinterachse des Omnibusses. Sie leisten jeweils 80 kW und sind flüssigkeitsgekühlt. Die Gesamtleistung der Rad­nabenmotoren von 320 kW ist für einen Gelenkbus selbst unter schweren Ein­satzbedingungen großzügig bemessen. Der Antrieb auf zwei Achsen sichert eine überlegene Traktion. Der Einsatz von vier Radnabenmotoren eröffnet über­dies durch die prinzipielle Möglichkeit ihrer separaten Regelung attraktive Per­spek­tiven zur Traktionssicherung und den Einsatz elektronischer Sicher­heits­systeme.

Ein Hochvolt-Zwischenkreis mit 650 Volt stellt die Stromversorgung zwischen Generator, Batterie und den Radnabenmotoren sicher. Die mechanische Ent­koppelung des Dieselmotors vom Antrieb sowie die Rekuperation erlauben mit Blick auf die Emissionen neue Regelungsstrategien. So wird die beim Bremsen während des Heranfahrens an Haltestellen oder Ampeln zurück­gewonnene Energie sowohl zur Versorgung des Fahrzeugs im Stand als auch zum Anfahren genutzt.


CleanDrive Technologies: Citaro G BlueTec Hybrid

Stopp, Stand und Start an der Haltestelle emissionsfrei

Beim Heranfahren an die Haltestelle, im Stand und beim Beschleunigen aus der Haltestelle heraus kann der Hybridbus rein elektrisch und damit praktisch emissionsfrei agieren. Auffallend ist darüber hinaus die praktisch geräuschlose An- und Abfahrt an den Bushaltestellen oder vor Ampeln.

Downsizing ist einer der großen Vorteile des seriellen Hybrids im Citaro: Anstelle des üblicherweise im Gelenkbus verwendeten großvolumigen Reihensechs­zylinders OM 457 hLA mit zwölf Liter Hubraum kommt im Hybridbus der kom­pakte OM 924 LA zum Einsatz. Er schöpft aus 4,8 Liter Hubraum 160 kW (218 PS) Leistung. Das Motorgewicht reduziert sich auf diesem Weg von etwa 1000 kg auf nur noch rund 450 kg.

Da der Dieselmotor im Citaro G BlueTec Hybrid nicht als Antriebsaggregat ein­gesetzt wird, muss er zum Beispiel keine Spitzenleistung abgeben und kann deshalb sehr wirtschaftlich und umweltfreundlich nahe seines Bestpunkts in einem engen Drehzahlfeld operieren. Deshalb ist die Drehmomentkennlinie des Triebwerkes emissions- und verbrauchsoptimiert auf die überwiegend stationäre Betriebsweise im Hybridbus abgestimmt worden.


CleanDrive Technologies: Citaro G BlueTec Hybrid

Nebenaggregate elektrisch angetrieben

Auf ein herkömmliches Automatikgetriebe kann dieser Hybridbus verzichten. Das verbessert den Wirkungsgrad und verringert gleichzeitig das Gewicht. Opti­miert sind auch die Nebenaggregate: Klimakompressor, Lenkhelfpumpe und Druckluftkompressor werden nicht mehr durch den Verbrennungsmotor über Riemen oder Zahnräder angetrieben, sondern einzeln per Elektromotor.

Damit einher geht eine weitere Verbesserung des Wirkungsgrads, da alle diese Aggregate nur bei Bedarf angetrieben werden. Dank ihres elektrischen Antriebs können die Nebenaggregate weitgehend frei positioniert werden, etwa auf dem Dach des Omnibusses.


Citaro G BlueTec Hybrid - Antriebswechselrichter/Aufdachkühler und Dachkomponenten: Blick auf das Fahrzeug-Heck. Im Vordergrund sieht man die Antriebswechselrichter der angetriebenen Hinterachse und des Generators. Im Hintergrund ist die Dachkühl-Anlage zu sehen, in der die verschiedenen Kühlkreisläufe zusammen laufen.

Ein neues Layout für den Fahrgastraum

Die Antriebstechnik des Citaro Hybrid ist nicht nur technisch anspruchsvoll, sondern erlaubt auch ein neues Layout im Innenraum. Da Getriebe und Differen­zial entfallen und keine starre Verbindung zwischen den einzelnen Antriebs-Aggregaten besteht, ergeben sich im Heck des Citaro G BlueTec Hybrid andere Möglichkeiten zur Gestaltung des Fahrgastraums. Damit fällt die Bauhöhe beim stehend eingebauten Motor trotz der so genannten Turmbauweise so niedrig aus, dass die Verkleidung des Motors als Gepäckablage für Fahrgäste dienen kann und rundum eine freie Sicht für die Fahrgäste möglich ist.


Diesel-elektrischer Hybridbus: der logische Schritt zur Brennstoffzelle

Der Citaro mit Hybridantrieb entpuppt sich bei genauerer Betrachtung als ein logischer Schritt auf dem Weg zum emissionsfreien Stadtlinienbus mit Brenn­stoff­zellenantrieb. So verfügt der Citaro mit Hybridantrieb bereits über den adäquaten Elektroantrieb und über Batterien als Energiespeicher. Prinzipiell müsste zu gegebener Zeit nur der Dieselmotor durch Brennstoffzellen ersetzt werden. Der Generator und die Tanks für Dieselkraftstoff und Ad-Blue könnten entfallen, auf dem Dach würden in bekannter Weise im Bereich der Vorderachse die notwendigen Wasserstofftanks angebracht werden.

Mit diesen vergleichsweise geringen Änderungen im Bauaufwand wäre ein praktisch emissionsfreier Antrieb in der Stadt erreicht – das Zero Emission Vehicle ohne Ausstoß von Partikeln, Stickoxiden und CO2 sowie mit einem nochmals geräuschärmeren Antrieb.

Auslieferung ab dem Jahr 2009

Die reguläre Wintererprobung hat der Citaro G BlueTec Hybrid am Polarkreis absolviert. Auslieferungen von Kundenfahrzeugen sind ab Ende 2009 geplant. Damit verbunden ist ein weiteres ehrgeiziges Vorhaben: Ziel ist der für den Betreiber wirtschaftliche diesel-elektrische Hybrid-Stadtbus. Bei derzeit noch kleinen Stückzahlen ist die Wirtschaftlichkeitsschwelle trotz einer bis zu 30%igen Kraftstoffersparnis noch nicht erreicht. Entscheidend für den Erfolg von Hybrid-Fahrzeugen wird damit neben Fortschritten auf Herstellerseite die Bereit­schaft der Öffentlichkeit sein, den ökologischen Mehrwert des Konzeptes zu honorieren bzw. incentivieren.


Daimler: Seit 40 Jahren Omnibusse mit Hybridantrieb

Mercedes-Benz und der Konzern Daimler blicken weltweit auf die längste und größte Erfahrung mit Hybrid-Omnibussen zurück. Den ersten Omnibus der Welt mit Hybridantrieb präsentierte die damalige Daimler-Benz AG bereits auf der IAA 1969. Es handelte sich um einen elf Meter langen Mercedes-Benz OE 302 in der Ausführung als Stadtlinienbus. Der Gleichstrom-Fahrmotor erreichte eine Dauer­leistung von 115 kW (156 PS) sowie eine Spitzenleistung bei niedrigen Ge­schwin­­dig­­keiten von 150 kW (204 PS). Gespeist wurde der Fahrmotor von fünf Batterieblöcken im Unterboden mit 189 Zellen und einer Betriebsspannung von insgesamt 380 Volt sowie einer Kapazität von 91 kWh. Dies erlaubte eine Reich­weite im Linienbetrieb von etwa 2,5 Stunden. Das Batteriegewicht betrug 3,5 t.

Zusätzlich erhielt der Bus einen Vierzylinder-Dieselmotor mit 3,8 Liter Hubraum und einer Leistung von 48 kW (65 PS). Dieses Aggregat, quer im Heck eingebaut, wurde in Stadtrandgebieten zugeschaltet und lief kraftstoffsparend mit konstan­ter Drehzahl. Eine elektrische Bremse diente damals bereits zur Energie-Rück­gewinnung.


Mercedes-Benz OE 302 - 1969

Vom Mercedes-Benz OE 302 zum OE 305

Zehn Jahre später fand der OE 302 im Stadtlinienbus OE 305 seinen Nachfolger. Die Batterien fanden ihren Platz nun in zwei von links nach rechts durch­gehen­den Wannen zwischen den Achsen. Bei einer Nennspannung von 360 Volt belief sich die Kapazität je nach Ausrüstung auf 150 Ah bis 275 Ah. Das Batterie­gewicht lag entsprechend bei 2,0 t bis 3,5 t. Die Reichweite im reinen Batterie­betrieb betrug 50 km bis 75 km. Mit 115 kW (156 PS) Betriebsleistung und einer Spitzenleistung von 150 kW (204 PS) war das Leistungsvermögen des Motors unverändert geblieben. Als Dieselmotor kam nun ein Sechszylinder mit 74 kW (100 PS) Leistung zum Einsatz.

Vom Hybridbus zum Duo-Bus

Zum Hybridbus gesellte sich gleichzeitig der rein elektrisch betriebene Duo-Bus, dessen Fahrmotor wahlweise über die Oberleitung oder über Batterien mit Strom versorgt wurde. Hinzu kam eine weitere Kombination, der Duo-Bus mit Ober­leitung einerseits und Dieselmotor andererseits, jedoch ohne Batterien. Der Duo-Bus mit Oberleitung und Batterien sammelte ab 1975 erste Praxiserfahrungen im Probebetrieb der Stadt Esslingen. Ab 1979 rollten sogar 25 Einheiten des O 305 mit unterschiedlichen Hybridantrieben in den drei deutschen Städten Stuttgart, Esslingen und Wesel auf Probe.


Mercedes-Benz O 305 GTD in Esslingen

1984 gab es den Hybridbus in Form des Duo-Gelenkbusses als Kleinserie unter der Bezeichnung O 305 GTD. Er lief im täglichen Linienbetrieb, in Essen sogar spurgeführt und teils auf gemeinsamer Trasse mit der Straßenbahn. Als Antrieb­system hatte sich die Kombination aus einem elektrischen Fahrmotor mit Energie­übertragung per Oberleitung oder über einen vollwertigen Dieselantrieb herauskristallisiert. Beide Motoren arbeiteten im Wechsel und trieben die dritte Achse an.

Der Duobus O 305 GTD sowie sein Nachfolger O 405 GTD schlugen sogar eine internationale Karriere ein. So lieferte Mercedes-Benz allein an die ekuadoria­nische Hauptstadt Quito mehr als 200 Exemplare. In Europa waren rund 50 Ein­heiten des O 405 GTD im Einsatz. Einige fahren heute noch in Esslingen im Linien­dienst.

O 405 NÜH: der erste Hybrid-Omnibus mit Radnabenmotor

Mitte der neunziger Jahre erlebte die Entwicklung des Hybrid-Antriebs im Omni­bus einen neuen Schub. Für den Betrieb in der City erprobte Mercedes-Benz den O 405 GNDE, einen dieselelektrisch angetriebenen Gelenkbus mit Radnaben­motoren, jedoch ohne Batterie als Energiespeicher. Mit dem O 405 NÜH (Nieder­flur-Überland-Hybridbus) setzte Mercedes-Benz einen weiteren Meilenstein in der Entwicklung des Hybridbusses. Es handelte sich um den ersten Hybrid-Omnibus mit Radnabenantrieb, Dieselmotor und Traktionsbatterien. Die zwei elektrischen Asynchron-Radnabenmotoren an der Hinterachse leisteten jeweils 75 kW (103 PS). Da der Bus im vorderen Bereich niederflurig ausgelegt war, waren die vier Traktionsbatterien Platz sparend auf dem Dach untergebracht. Die leistungsstarken Natrium-Nickelchlorid-Batterien wogen 800 kg, genug für eine zusammenhängende Strecke im Linienbetrieb von 10 km im reinen Elektro­betrieb. Nach jeder Stadtfahrt erfolgte eine Aufladung durch den Dieselmotor.


Mercedes-Benz O 405 NÜH

Dieselelektrisch war ebenfalls der Midi-Stadtbus Mercedes-Benz Cito angetrieben. Er wurde 1998 vorgestellt und von 1999 bis 2003 in Serie gefertigt. Sein Antrieb aus einem Dieselmotor zum Antrieb eines Generators, der wiederum einen elektrischen Fahrmotor speist, wurde in Form eines Power-Pack im Heck des kompakten Niederflur-Stadtlinienbusses eingebaut. Auch hier wurde auf eine Batterie als Energiespeicher verzichtet.


Mercedes-Benz Cito

Bisher rund 1700 Orion-Hybrid-Omnibusse

Über das Erprobungsstadium längst hinaus sind bereits die Omnibusse der Marke Orion, der nordamerikanischen Bustochter von Daimler. Mit dem Nieder­flur-Stadtlinienbus Orion VII HybriDrive gewann Orion seit dem Jahr 2003 Ausschreibungen in zahlreichen amerikanischen und kanadischen Städten von New York bis San Francisco mit zusammen rund 2800 Fahrzeugen, von denen ca. 1700 heute schon auf der Strasse sind. Damit ist Orion weltweit Marktführer für Hybridbusse. Orion blickt auf eine große Erfahrung in der Entwicklung zurück: Schon Anfang der 90er Jahre sind die ersten Orion-Hybridbusse in Betrieb genommen worden.

Den Orion VII HybriDrive entwickelte Orion zusammen mit dem US-ameri­kanischen Partner BAE-Systems. Es handelt sich um einen seriellen Hybrid­antrieb: Der ständig aktive Dieselmotor überträgt seine Kraft auf einen Generator, der den Elektromotor speist. Orion verwendet eine konventionelle Antriebsachse mit Differenzial. Der quer im Heck eingebaute Dieselmotor leistet 191 kW (260 PS) aus 5,9 Liter Hubraum und verfügt über einen Partikelfilter. Die Leistung des Fahrmotors beläuft sich auf 184 kW (250 PS), kurzfristig sogar 235 kW (320 PS). Auf ein Getriebe kann Orion verzichten.

Alternativ übernehmen beim Orion standardmäßig Bleibatterien, seit 2008 auch Lithium-Ionen Batterien die Energieversorgung. Die Bleibatterien sind in zwei Behältern links und rechts auf dem Dach des Busses untergebracht, bestehen aus jeweils 23 Modulen und wiegen über 1,5 t. Eine Aufladung des Orion an der Steck­dose ist nicht vorgesehen, der Ladevorgang erfolgt durch die Rück­gewinnung von Bremsenergie sowie durch die Überschussleistung des Diesel­motors. Kunden-Tests des Orion ergaben einen Minderverbrauch im Vergleich zu einem dieselgetriebenen Wettbewerbsfahrzeug in Höhe von etwa 25 %.


Orion VII Low Floor Hybrid

Fuso Aero Star: der erste serienmäßige Hybridbus Japans

Auch Fuso, die japanische Nutzfahrzeug-Tochtergesellschaft von Daimler, setzt bei Stadtbussen mit dem Niederflur-Modell Aero-Star auf den Hybridantrieb. Der technische Aufbau des seriellen Antriebs ähnelt dem nordamerikanischen Orion: Ein quer im Heck eingebauter Dieselmotor mit 177 kW (241 PS) und einem opti­mierten Kennfeld treibt einen Generator an. Dieser versorgt zwei elektrische Fahr­motoren mit zusammen 134 kW (182 PS), die ihr Drehmoment über ein Summiergetriebe weiterleiten. Zum Einsatz kommt eine Portalachse. Die Batterien sind auf dem Dach untergebracht. Es handelt sich um Lithium-Ionen-Batterien mit einem Gewicht von nur 323 kg.

Dieser erste in Serie gebaute japanische Hybridbus ist in mehreren Exemplaren im Linienbetrieb unterwegs. Getestet wurden die Fahrzeuge in Japan bereits während der Fußball-Weltmeisterschaft 2002.


Mitsubishi Fuso Aero Star Eco Hybrid


Mercedes-Benz Citaro G BlueTec Hybrid


Technische Daten
Motor:MB OM 924 LA - Euro 4
4-Zyl. - Reihe
160 kW ( 218 PS) - 4.800 ccm
Elektrischer Antrieb:4 asynchrone Radnabenmotoren an Mittel- und Hinterachse, Leistung 4 x 80 kW, Generatorleistung 170 kW, Lithium-Ionen-Batterien, 170 kW, Kapazität 19,4 kW/h
Länge:17.940 mm
Breite:2.550 mm
Höhe:3.325 mm
Sitzplätze:45 + 1
Stehplätze:103
Gesamtgewicht:28.000 kg


Fotos und Text:
Daimler AG


admin


gedruckt am 18.01.2021 - 02:17
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