Mercedes-Benz Citaro mit vollelektrischem Antrieb: Mercedes-Benz Citaro unter Strom

• Citaro: vom Niedrig-Emissionsbus zum Null-Emissionsbus
• Flexible Ladetechnik: Serie Steckerladung, optional Stromabnehmer-Ladung
• Thermomanagement: neue Wege für Heizung und Klimatisierung
• Praxisgerechte Reichweite unter schweren Bedingungen
• Intensive Sommer- und Wintererprobung

Er fährt lokal abgasfrei und fast geräuschlos. Er kombiniert die Plattform des meistverkauften Stadtbusses der Welt mit neuen technologischen Lösungen. Der vollelektrisch angetriebene Mercedes-Benz Citaro hebt Elektromobilität mit Stadtbussen auf ein neues Niveau. Ihre Weltpremiere wird die 12 m-Variante im September auf der IAA Nutzfahrzeuge erleben, der Serienstart erfolgt noch in diesem Jahr. Der neue Citaro besticht dank seines innovativen Thermomanagements durch eine bislang noch nicht bekannte Energie-Effizienz. Darüber hinaus überzeugt das intelligente Modulkonzept aus Batterie- und Ladetechnik. Der elektrische Citaro ist außerdem mehr als ein Stadtbus: Mercedes-Benz betrachtet Elektromobilität ganzheitlich, bettet den Citaro in das Gesamtsystem eMobility ein. Dessen Leistungsspektrum reicht von der individuellen und praxisnahen Beratung vor der Anschaffung über Empfehlungen zur Ladeinfrastruktur bis zur Übernahme des Service in der Kundenwerkstatt.

Urbanisierung verlangt emissionsarme und lokal emissionsfreie Mobilität

Die Urbanisierung schreitet rasch voran: Seit zehn Jahren leben erstmals in der Geschichte der Erde weltweit mehr Menschen in Städten als auf dem Land. Laut Prognosen der United Nations Organization (UNO) wird dieser Anteil der Weltbevölkerung bereits bis zum Jahr 2050 auf mehr als zwei Drittel steigen. Ob Megacity, Großstadt oder Kleinstadt, die Herausforderungen und Probleme ähneln sich: Eine wachsende Bevölkerung führt zu wachsender Mobilität in Berufsleben und Freizeit. Das bedeutet Chance und Risiko zugleich für bereits ausgelastete Verkehrssysteme und potenziell eine größere Umweltbelastung durch Abgas- und Geräuschemissionen. Sowohl die Bevölkerung als auch die Politik reagieren jedoch zunehmend sensibler auf die damit verbundenen Nachteile und Einschränkungen.

Ein Lösungsweg ist ein gut ausgebauter Öffentlicher Personen-Nahverkehr (ÖPNV) mit emissionsarmen und lokal emissionsfreien Omnibussen. Das Schlagwort der Stunde heißt daher Elektromobilität. Der neue vollelektrisch angetriebene Mercedes-Benz Citaro ist dabei ein wichtiger Baustein: Er fährt vor Ort völlig abgasfrei und nahezu geräuschlos.

Der Citaro erreicht mit neuen technologischen Lösungen eine herausragende Leistungsfähigkeit. Gleichzeitig passt er sich mit seiner Variabilität perfekt an die enormen Anforderungen der Verkehrsbetriebe mit ihren komplexen Systemen von Liniennetzen und Fahrplänen an. Von Vorteil ist die bewährte und in jeder Hinsicht tragfähige Basis: Mit mehr als 50 000 Einheiten ist der Citaro der meistverkaufte Stadtbus der Welt.

Citaro: vom Niedrig-Emissionsbus zum Null-Emissionsbus

Mit einer großen Bandbreite an emissionsarmen und künftig emissionsfreien Stadtbussen liefert Mercedes-Benz die passenden Antworten auf die Fragen nach einem umweltschonenden ÖPNV. Alle Varianten basieren auf dem Weltbestseller Citaro. Er war im Jahr 2012 der erste Stadtbus der Welt nach der aktuell schärfsten Abgasstufe Euro VI.

Vollends zum Niedrig-Emissionsbus wird die Variante Citaro hybrid. Vorge­stellt im vergangenen Herbst, optimiert ein Hybridmodul den Verbrennungs­motor nochmals und senkt den ohnehin niedrigen Kraftstoffverbrauch abermals um bis zu 8,5 Prozent. Im Vergleich zu einem Stadtbus nach Abgasstufe Euro V sind damit in wenigen Jahren die CO₂-Emissionen um fast 20 Prozent und die Stickoxid-Emissionen um bis zu 98 Prozent gesunken, die Partikelemissionen gar an der Nachweisgrenze angelangt. Der Citaro hybrid mit innovativer 48-Volt-Technik verzichtet auf ein Hochvoltnetz und ist als Sonderausstattung für einen Großteil der Ausführungen des Citaro lieferbar, darunter den gasbetriebenen Citaro NGT. Er fährt besonders leise und emissionsarm und mit Bio-Erdgas sogar annähernd CO₂-neutral.

Der Citaro und der Großraumbus CapaCity sowie Citaro hybrid und Citaro NGT belegen jeden Tag tausendfach im Einsatz den hoch entwickelten Stand von Antrieben mit Verbrennungsmotor. Sie arbeiten sowohl wirtschaftlich als auch emissionsarm. Der vollelektrisch angetriebene Citaro absolviert nun den Schritt vom Niedrig-Emissionsbus zum lokalen Null-Emissionsbus. Er erweitert die Palette um eine Ausführung, die neue Maßstäbe für Elektromobilität setzt.

Bewährte elektrische Achse, neues Modulkonzept der Batterien

Der Antrieb des neuen vollelektrisch angetriebenen Citaro stützt sich auf die bewährte Elektroportalachse ZF AVE 130 mit Elektromotoren an den Radnaben, die bereits in anderen Citaro-Varianten zum Einsatz kam. Die Peakleistung der Motoren beläuft sich auf 2 x 125 kW, das Drehmoment auf 2 x 485 Nm. Es steht systembedingt vom Start weg voll zur Verfügung und sichert eine angemessene Dynamik selbst bei voller Besetzung.

Lithium-Ionen-Batterien mit einer Gesamtkapazität von bis zu rund 243 kWh übernehmen die Stromversorgung. Sie sind modular aufgebaut: Die Batterien teilen sich in maximal zehn Module mit jeweils etwa 25 kWh. Neben zwei Batteriemodulen auf dem Fahrzeugdach gehören vier Batteriemodule im Heck zur Grundausstattung. Sie nehmen im Citaro in Fahrtrichtung links die Position der heutigen Antriebskombination aus Verbrennungsmotor und Getriebe ein. Hinzu kommen je nach Kundenwunsch zwei oder vier weitere Batteriemodule auf dem Dach des Citaro.

Jedes Batteriemodul setzt sich aus 15 Zellmodulen sowie einer Steuereinheit zur Überwachung und dem Ladungsausgleich der Batteriezellen zusammen. Die einzelnen Zellmodule beherbergen jeweils zwölf Batteriezellen. Mercedes-Benz verwendet leicht zu verarbeitende prismatische Zellen mit einer Kapazität von jeweils 37 Ah. Mit minimal sechs bis maximal zehn Batteriemodulen können Verkehrsbetriebe ihre Einsatz- und Ladestrategie exakt dem individuellen Bedarf anpassen. Die Maximalzahl sichert die größtmögliche Reichweite des Busses, eine kleinere Zahl verringert Gewicht und Anschaffungskosten und vergrößert damit die Fahrgastkapazität – sie erfordert jedoch womöglich aufwendige Zwischenladungen.

Bei Vollbestückung mit zehn Batteriemodulen wiegt der vollelektrisch angetriebene Citaro in Serienausführung etwa 13,7 Tonnen. Das entspricht bei einem zulässigen Gesamtgewicht von 19,5 Tonnen einer Zuladung von 5,8 Tonnen oder rund 80 Fahrgastplätzen – praxisnah auch in Hauptverkehrs­zeiten.

Die Technik des Citaro ist zukunftssicher. Da die Entwicklung der Batterie­technik mit schnellen Schritten voranschreitet, ist die Umstellung auf die nächste Generation bereits konzeptionell vorgesehen.

Flexible Ladetechnik: Serie Depotladung, optional Stromabnehmer-Ladung

Mit seiner Ladetechnik passt sich der Citaro ebenfalls an die individuellen Wünsche und Erfordernisse der Verkehrsbetriebe an. Zum Serienanlauf ist eine Ladung über Stecker vorgesehen. Hierfür verfügt der Stadtbus serien­mäßig über einen Anschluss für Combo-2-Stecker in Fahrtrichtung rechts über dem vorderen Radlauf. Dies entspricht der gewohnten Position des Tankeinfüll­stutzens beim Citaro mit Dieselmotor.

Ist zur Vergrößerung der Reichweite eine Zwischenladung gewünscht, kann der vollelektrisch angetriebene Citaro außerdem optional per Stromabnehmer aufgeladen werden. Diese Option wird zeitversetzt nach Serienanlauf zur Verfügung stehen. Zwei Varianten werden möglich sein: In der Stufe 1 ein fahrzeugfester Stromabnehmer auf dem Dach und in der Stufe 2 die Anbringung von Ladeschienen für eine Aufladung mittels ortsfestem Stromabnehmer an einer Ladestation. Der Montageraum befindet sich jeweils in Höhe der Vorderachse.

Somit wird der Citaro alle gängigen Ladevarianten abdecken. Mit diesem intelligenten Modulkonzept aus Batterie- und Ladetechnik eröffnet Mercedes-Benz den Verkehrsbetrieben die Möglichkeit, den Citaro exakt auf den individuellen Bedarf des Betriebs oder sogar einzelner Linien auszurichten.

Zusätzlich gewinnt der Citaro elektrische Energie durch Rekuperation. Die beiden radnabennahen Elektromotoren der Antriebsachse arbeiten dabei beim Bremsen als Generatoren und wandeln die kinetische Energie des Fahrzeugs in Strom um.

Thermomanagement: neue Wege für Heizung und Klimatisierung

Die Batteriekapazität allein aber sagt wenig über das Leistungsvermögen und vor allem die Reichweite eines vollelektrisch angetriebenen Stadtbusses aus – der wahre Maßstab ist der Energieverbrauch. Er wird bei einem Stadtbus sehr stark durch die klimatischen Verhältnisse und damit durch die Kühlung und vor allem durch die Heizung des Innenraums beeinflusst.

Bei einer Außentemperatur von minus zehn Grad Celsius verdoppelt sich der Energieverbrauch eines Stadtbusses im Vergleich zu Fahrten, bei denen nicht geheizt werden muss – damit halbiert sich die Reichweite. Ursache: Aufgrund des hohen Wirkungsgrads eines Elektromotors entsteht im Unterschied zu Verbrennungsmotoren kaum nutzbare Abwärme. Die Heizung muss daher durch die Energieversorgung des Fahrzeugs gespeist werden. Hinzu kommt der große Innenraum. Auch öffnen bei üblichen Haltestellenabständen von rund 400 Metern regelmäßig bis zu drei doppeltbreite Türen und lassen Außenluft herein.

Daher haben die Ingenieure ein wesentliches Augenmerk auf das Thermo­management gelegt. Es gehört zu den herausragenden Merkmalen des Citaro und ist bis ins Detail optimiert: Im Vergleich zum aktuellen Citaro mit Verbrennungsmotor sinkt der Energiebedarf für Heizung, Lüftung und Klimatisierung um rund 40 Prozent. Hinter dieser außergewöhnlichen Energie-Effizienz steckt hoher Aufwand, er aber legt die Basis für eine praxisgerechte Reichweite des Citaro selbst unter ungünstigen Bedingungen.

Batterien auf Idealtemperatur: maximale Leistung und Lebensdauer

Auch dazu trägt das Thermomanagement bei. So hält Mercedes-Benz die Batterien durch Kühlung auf Idealtemperatur, daraus resultiert ein Maximum an Leistungsfähigkeit und Lebensdauer. Die Kühlung erfolgt durch einen separaten Batteriekühler auf dem Dach. Bei extremen Außentemperaturen unterstützt die serienmäßige Fahrgastraum-Klimaanlage die Kühlung der Batterien.

Eine weitere Flexibilität ermöglicht die Entladetiefe der Batterien. Sie kann in Anforderung an Reichweite und Lebensdauer erweitert werden.

Heizung: sogar die Fahrgäste heizen mit

Der Fahrgastraum des Citaro wird energiesparend durch eine Wärmepumpe beheizt. Für eine homogene Temperaturverteilung kommen die gewohnten Seitenwandheizer mit Gebläse zum Einsatz. Das übliche Frontheizgerät verfügt über einen doppelten Wärmetauscher als Verstärkung. Für den Einsatz bei extremen Witterungsverhältnissen oder zur Verlängerung der Reichweite kann optional eine kraftstoffbetriebene Zusatzheizung verwendet werden.

Wie sorgfältig und detailliert das Thermomanagement ausgearbeitet ist, zeigen gleich mehrere Beispiele. So sind sämtliche Wärme abgebenden Komponenten miteinander vernetzt, um den Energieaufwand für deren Kühlung im Betrieb auf ein Minimum zu reduzieren. Da der menschliche Körper Wärme abgibt, kann bei einem besetzten Bus die Heizleistung frühzeitig etwas zurückgenom­men werden. Darüber hinaus variiert Mercedes-Benz die Leistung von Heizung und Klimaanlage in Abhängigkeit von der Zahl der Fahrgäste an Bord: Der Frischluftanteil im Bus wird optimal an die aktuelle Fahrgastzahl angepasst. Die Auslastung des Busses wird dabei über dessen Achslastsensoren ermittelt.

Klimaanlage und Wärmepumpe: hohe Effizienz durch CO₂ als Kältemittel

Die Dachklimaanlage wird in der kalten Jahreszeit zusätzlich als Wärmepumpe genutzt und stellt so eine effektive und effiziente Klimatisierung des Fahrgastinnenraums sicher. Weitere Vorzüge bietet die Verwendung des Kältemittels CO₂. Es überzeugt durch einen besonders effizienten Einsatz der Wärmepumpe auch bei sehr tiefen Temperaturen von bis zu minus 10 Grad Celsius. Sollte das Kältemittel freigesetzt werden, ist es im Vergleich zu anderen Mitteln umweltschonend, ungiftig und nicht entflammbar. Mercedes-Benz setzt im Citaro als einer der ersten Omnibus-Hersteller CO₂ als Kältemittel in der Serienanwendung ein.

Klimakomfort an die Bedürfnisse der Fahrgäste angepasst

Ein weiteres Plus: Bereits während der Ladung der Batterien im Depot kann der Innenraum auf die gewünschte Temperatur vor- und sogar überkonditio­niert werden. Somit startet der Bus je nach Jahreszeit bereits geheizt oder gekühlt in den Einsatz.

Die Auslegung von Heizung und Klimatisierung orientiert sich an den Vorgaben des Verbands Deutscher Verkehrsbetriebe (VDV). Bei extremen Umgebungstemperaturen wird zugunsten des Energieverbrauchs und damit der Reichweite das Komfortniveau in den Grenzbereichen leicht abgesenkt. Anstelle einer ganzjährig konstanten Innentemperaturvorgabe, orientiert sich diese am situationsangepassten Behaglichkeitsgefühl der Fahrgäste. Da die Fahrgäste in der Regel nur kurze Zeit im Fahrzeug verbringen und ihre Kleidung in aller Regel an die entsprechende Jahreszeit angepasst ist, wird an heißen Sommertagen mit einer höheren und an kalten Wintertagen mit einer geringeren Innentemperaturvorgabe gefahren, ohne dabei den Bereich der Behaglichkeit zu verlassen.

Eine andere Strategie verfolgt Mercedes-Benz beim Fahrer-Arbeitsplatz: Da der Busfahrer seine gesamte Arbeitszeit im Stadtbus verbringt, sind hier die Anforderungen höher, auch muss seine maximale Konditionssicherheit stets gewährleistet sein. Deshalb wird die Klimatisierung des Fahrerplatzes separat geregelt und die Zieltemperatur von 24 Grad auch bei extremen Außentempe­raturen angestrebt.

Hohe Effizienz heißt praxisgerechte Reichweite unter schweren Bedingungen

Reichweitenangaben von vollelektrisch angetriebenen Stadtbussen sind häufig schwer vergleichbar und mit Vorsicht zu genießen, da Bezugsgrößen fehlen und sie häufig unter Idealbedingungen ermittelt werden. Anders beim Citaro: Mercedes-Benz bevorzugt zugunsten verlässlicher Angaben ein Worst-Case-Szenario und orientiert sich daher am anspruchsvollen normierten Stadtfahr­zyklus SORT2. Mercedes-Benz rechnet sogar erschwerend den Energiebedarf der Nebenverbraucher ein. Nach SORT2 erreicht der Citaro mit Batterie-Vollbestückung eine Reichweite von rund 150 Kilometern im Sommer. Damit können Teilnetze im Tagespensum eines Stadtbusses bereits heute ohne Zwischenladung bedient werden.

Mehr Fahrgastplätze durch eine sorgfältige Gewichtsverteilung

Handicap vollelektrisch angetriebener Stadtbusse ist ihr Mehrgewicht durch die Batterien. Auch der von Haus aus leichte Citaro kann das Gewicht von rund 2,5 Tonnen des maximalen Batteriesatzes nicht vollständig kompensieren. Aber mit durchdachter Gewichtsverteilung nutzt der Citaro die zulässigen Achslasten aus und sichert damit maximale Zuladung und somit Fahrgast­plätze.

Die Ingenieure balancieren den Bus durch vier Batteriemodule im hinteren Überhang und bis zu sechs weiteren Batteriemodulen auf dem Dach in Nähe der Vorderachse aus. Diese Achse ist außerdem von acht Tonnen maximaler Tragfähigkeit gekennzeichnet. Daraus resultiert, je nach Ausführung, die angeführte praxisgerechte Zahl von etwa 80 Fahrgastplätzen.

Bestuhlung und Sonderausstattungen: der Stadtbus nach Maß

Da die Entwickler das bewährte Layout des Citaro übernehmen, bleibt die Aufteilung des Fahrgastraums unverändert im Vergleich zum konventionellen Citaro mit stehendem Motor. Die Passagiere müssen sich nicht umgewöhnen. Das Fahrzeug ist mit zwei oder drei Türen erhältlich.

Weiterer Vorteil der Plattform des Citaro: Verkehrsbetriebe können nach wie vor aus einem großen Fundus an Sonderausstattungen wählen und den Bus individualisieren. Ob Fahrgastsitze, Bodenbeläge, Haltestangen, Kommunika­tionseinrichtungen oder unsichtbare Details wie die Türsteuerung – der Citaro ist und bleibt mit jedem Antrieb ein Stadtbus nach Maß.

Intensive Sommer- und Wintererprobung

Der vollelektrisch angetriebene Citaro geht bereits ausgereift an den Start. Seine Top-Qualität wird durch den schon vielfach im Einsatz bewährten Citaro gewährleistet. Hinzu kommt die Fertigung im Omnibuswerk Mannheim auf der Linie des konventionell angetriebenen Citaro - das gilt bereits für die Erprobungsfahrzeuge. Wesentliche Komponenten wie die Antriebsachse oder die elektrohydraulische Lenkung bewähren sich bereits im strapaziösen Stadtbuseinsatz. Die Dachkonstruktion mit integrierten Schwerlastschienen für die Batterien geht auf den Citaro NGT und dessen Gastanks zurück.

Darüber hinaus hat der vollelektrisch angetriebene Citaro bis zum Serienstart eine umfassende Erprobung absolviert. Der Omnibus muss die gleichen Tests bestehen wie jeder andere Bus mit Stern, denn der Citaro mit vollelektrischem Antrieb wird die gleiche hohe Verfügbarkeit erreichen wie seine geradezu sprichwörtlich zuverlässigen Kollegen mit Verbrennungsmotor.

Alle Komponenten werden einzeln sowie im Zusammenspiel untersucht, auf Prüfständen und in der Praxis im Bus. Mercedes-Benz hat den Citaro bei Temperaturen von unter minus 15 Grad Celsius am Polarkreis und bei mehr als 30 Grad Celsius in der Sommerhitze Spaniens getestet. Zu den Wintertests gehören auch Fahrtests auf glatter Fahrbahn zur Überprüfung von Fahrdyna­mikregelsystemen und Rekuperation. Sommertests absolvierte der Bus im anstrengenden Stadtverkehr und bei steilen Auf- und Abfahrten in der Sierra Nevada. Zum Test-Programm gehören ebenso Schlechtwege- und Dauerlauf­tests. Insgesamt werden rund ein Dutzend Prototypen auf Herz und Nieren getestet.