Sorozatgyártásra kész a Mercedes-Benz eCitaro fuel cell

Június 4-én vette kezdetét Barcelonában az idei UITP világkongresszus (UITP Global Public Transport Summit 2023), amelynek egyik legfontosabb eseménye a Mercedes-Benz első hidrogén üzemanyagcellás hatótávnövelővel felszerelt busztípusának világpremierje. A Daimler Buses újdonsága a cégcsoport közlése szerint a bemutatás pillanatától rendelhető, sorozatgyártása pedig még ebben a hónapban megkezdődik a gyártó mannheimi gyártósorain. Az első ügyféljárművek a Rhein-Neckar-Verkehr GmbH társaság részére készülnek majd.

A korábban eCitaro Range Extender néven emlegetett fuel cell változat két olyan, közel egyenértékű, nulla károsanyag-kibocsátású hajtásrendszert kombinál magában, amelyek egymástól függetlenül, külön-külön is tölthetők, ezáltal a jármű tisztán akkumulátoros üzemmódban és hidrogénhajtású autóbuszként is képes üzemelni. Az eCitaro fuel cell alapvetően egy akkumulátoros meghajtású jármű, de a hajtásrendszer kiegészül egy kisebb tüzelőanyag-cellával is. Ez a jármű tetején tárolt hidrogéngázt felhasználva hatótávnövelő funkciót biztosít azáltal, hogy a cellamodul által előállított villamos energiát a vontatási akkumulátorok menet közbeni töltésére fordítja. A szóló és csuklós kivitelben egyaránt elérhető új modellekkel a Daimler Buses azon közlekedési társaságokat célozza meg, amelyeknek még a legújabb, harmadik generációs NMC akkumulátorok által kínált hatótáv sem elegendő a zavartalan napi üzemhez. A gyártó szerint a fuel cell verzió akár 400 kilométert is képes megtenni egyhuzamban, így közel 100%-os útvonal-lefedettségével képes egy az egyben kiváltani egy hagyományos, dízelmotoros hajtású városi autóbuszt.

A Daimler Truck új károsanyag-kibocsátás mentes termékvonalának egyik korai prototípusát elsőként a Stuttgarter Straßenbahnen AG (SSB) vállalat tesztelte

Az eCitaro fuel cell üzemanyagcellája tehát nem elsődleges energiaforrásként szolgál, hanem a napi futásteljesítmény növelését segíti elő úgy, hogy a cellák által előállított villamos energiát a vontatási akkumulátorok menet közbeni töltésére fordítja. A Daimler Buses főként gazdaságossági szempontok miatt döntött ezen konstrukció mellett: egyrészt a hálózatból felvett elektromos töltőáram olcsóbb a zöld forrásból származó hidrogéngáznál, másrészt a kisebb pufferakkumulátorokkal felszerelt hidrogénbuszoknál lényegesen hatékonyabban lehet így a fékezések során visszanyert energiát a nagyobb kapacitású akkumulátorokban eltárolni. A konstrukció további előnye, hogy az üzemanyagcella túlterhelés nélkül, mindig ideális üzemállapotban működhet – ez esetünkben 20 kW teljesítményt és 400-750 V közötti feszültségtartományt jelent. A gyártó kommunikációja szerint a vontatási akkumulátorok és az üzemanyagcellás hajtásrendszer arányainak optimalizálásával érhető el egyszerre a lehető legnagyobb hatótáv és utaskapacitás, bár azt azért hozzá kell tenni, hogy a hidrogénhajtás komponensei (tartályegység, üzemanyagcella, hűtőrendszer, csövezés stb.) is száz kilókban mérhető plusz tömeget jelentenek.

A kiegészítő hidrogénhajtás lelkét a Toyota második generációs, 60 kW csúcsteljesítményű, protoncsere-membrános (PEM) TFCM2-F-60 hidrogén tüzelőanyag-cellája adja. A hűtőfolyadék nélkül 240 kg tömegű, kifejezetten haszonjárművekhez fejlesztett, 1270 mm hosszú, 630 mm széles és 410 mm magas japán főegység 50%-ot meghaladó hatásfokkal működik, becsült élettartama 40 000 üzemóra. Ez hét-tíz év hasznos élettartamnak felel meg, hatékonysága ezt követően kezd el csökkenni. A -25°C-ig különösebb fűtést, vagy melegen tartást sem igénylő üzemanyagcella a tetőn kapott helyett, a szóló kivitelnél a mellső tengely mögött, a csuklósnál pedig a hátsó kocsitest elején.

A hidrogéntartályokat a tetőn a mellső tengely felett, illetve az első túlnyúlásban helyezik el keresztirányban – a szóló változat kiviteltől függően öt vagy hat, a csuklós pedig hat vagy hét darab, egyenként 5-5 kg hidrogéngáz befogadására alkalmas, karbonszálas erősítésű Type 4-es tartállyal rendelhető, azaz a 12 méter hosszú verzió legfeljebb 30, a 18 méteres csuklós pedig 35 kg hidrogént képes magával vinni 350 bar üzemi nyomáson. A keresztben beépített tartályok mindegyikének saját nyomás- és hőmérsékletérzékelője van. A cellakötegbe már a 350 baros tárolási nyomásnál lényegesen alacsonyabb (8 bar körüli) nyomáson érkezik be a hidrogén, így a fedélzeten a gáz továbbítása, mint minden hidrogénhajtású busz esetében, a hidrogéntartályoknál található reduktor után már alacsony nyomású vezetékeken keresztül történik. A csuklós verziónál, mivel ennél a kivitelnél az üzemanyagcella a busz hátsó részén található, a csuklónál flexibilis vezetéken keresztül jut át a hidrogén a hátsó kocsitestbe. Az üzemanyag-utántöltés a B tengely felett jobb oldalon történik, ez optimális körülmények között 10-15 percet vesz igénybe.

A kiegészítő hidrogénhajtás kizárólag az Akasol új fejlesztésű, harmadik generációs lítium-nikkel-mangán-kobalt-oxid (NMC 3) vontatási akkumulátoraival társítva érhető el. A típus energiaellátását alapvetően biztosító, 665 V névleges üzemi feszültségű, egyenként 560 kg tömegű és 98,3 kWh villamos energia tárolására képes újgenerációs akkumodulokból a szóló variánsba legfeljebb három, a csuklósba pedig maximum négy szerelhető, ez az előbbinél 294, utóbbinál 392 kWh összkapacitást jelent. Mivel az eCitaro fuel cell esetében nincs szükség menet közbeni rátöltésre – továbbá a hidrogéntartályok elhelyezkedése miatt nem is jutna hely pantográfnak -, az energiatárolók kizárólag plug-in eljárással tölthetők, 150 kW-os maximális töltési teljesítménnyel. A töltőaljzat igény szerint három lehetséges helyre – a mellső tengely fölé a bal és/vagy a jobb oldalra, illetve a hátfalra – kerülhet, ezek közül egy buszra legfeljebb kettő rendelhető.

Az energiagazdálkodásért intelligens fedélzeti vezérlőrendszer felel, ez szabályozza az üzemanyagcella működésének teljesítményét és a jármű rendelkezésére bocsátott energia mennyiségét, mindezt a mindenkori igény és a választott működési stratégia szerint. A leendő üzemeltetők két különböző működési mód közül választhatnak: az egyik esetben a hatótáv maximalizálása, a másikban pedig a hidrogéngáz optimalizált felhasználása a cél. Utóbbinál a fedélzeti rendszer az útvonal ismeretében arra törekszik, hogy a rövid távokon kizárólag az akkumulátorokra hagyatkozva közlekedjen a busz. A hatótávnövelő a járművek hatósugarát, a beépíthető legnagyobb akkupakkal, a szóló változat esetében 280-ról 400 kilométerre, a csuklósnál pedig 220-ról 350 kilométerre növelheti a kizárólag akkumulátorokkal szerelt eCitaróhoz képest.

A hatékony energiafelhasználásnak fontos eleme az intelligens termomenedzsment, amely a 63 °C-os hőmérsékleten dolgozó üzemanyagcella működése során képződő hulladékhőt az utastér fűtésére, illetve az akkumulátorok hőmérsékletének szabályozására, szükség esetén azok fűtésére, a 25 °C-os üzemi hőmérséklet fenntartására használja fel. A rendszer négy hűtőkörből áll, egy alacsony- és egy magas hőmérsékletű mellett további egy-egy körrel az üzemanyagcella és a vontatási akkumulátorok számára. Az utasok mindenkor kellemes hőérzetét alapesetben 28 kW hűtőteljesítményű hőszivattyús, R134a hűtőközeges, előkondicionálást is támogató klímaberendezés biztosítja (igény esetén ennél nagyobb teljesítményű egység is elérhető), kiegészítő gázolajos fűtőkészülékre nincs szükség. A fedélzeten a légáramlást és a felhasznált fűtési energiát a rendszer az utasok száma szerint szabályozza.

A mozgatáshoz szükséges vonóerőt az eCitarónál eddig is alkalmazott, kerékagy közeli, folyadékhűtéses háromfázisú aszinkronmotorokkal szerelt ZF AxTrax AVE típusú portálhíd biztosítja, kerekenként 125 kW maximális teljesítménnyel. A csuklós kivitel esetében a két hajtott futóműves konfiguráció már alapkivitelben elérhető, de sík terepen a tolócsuklós, egy hajtott futóműves kialakítás is elegendő a gyártó szerint.

Nyúzópróba az Alpokban

Az új termékvonal a piaci bevezetés előtt számtalan funkcionális és tartóssági teszten esett át. A hidrogéntartályok teljesítik a majd csak 2024-től kötelező érvényű ENSZ-EGB 134-es előírás tűzvédelemre, hőállóságra, vegyi és mechanikus behatással szembeni ellenállóképességre vonatkozó követelményeit, a tetőn elhelyezett tartályegység rögzítőrendszerét pedig rezgés- , valamint ütközésvizsgálatnak, úgynevezett szánkó próbának vetették alá, melynek során jelentős lassulást, ütközést szimuláltak. Az üzemanyagcella által előállított hulladékhőt hasznosító, új fejlesztésű termomenedzsment rendszert extrém magas és extrém alacsony hőmérsékleten egyaránt tesztelték, és a gyártó szerint valamennyi nyúzópróbát sikeresen teljesítette.