Ein zweites Leben als Stromer

Um den ÖPNV nachhaltig auf Elektromobilität umzustellen, gibt es verschiedene Wege. Einen besonders smarten hat die Firma e-troFit gewählt, die sich auf das Umrüsten von Diesel- zu E-Bussenspezialisiert hat. Derzeit suchen die Ingolstädter Partnerwerkstätten als Spezialisten für die Umbaumaßnahmen.

In der e-troFit-Entwicklungswerkstatt in Ingolstadt wird derzeit eine Reihe von Dieselbussen bereits umgerüstet. Bild: C. Bünnagel
In der e-troFit-Entwicklungswerkstatt in Ingolstadt wird derzeit eine Reihe von Dieselbussen bereits umgerüstet. Bild: C. Bünnagel

Die EU macht mit der Richtlinie 2019/1161 EU, besser bekannt als Clean Vehicles Directive (CVD), Druck auf die europäischen Verkehrsunternehmen, den Fuhrpark auf emissionsarme beziehungsweise -freie Busse umzustellen. Bis 2. August 2021 muss die Umsetzung der Richtlinie in deutsches Recht erfolgt sein. Ab da gelten folgende verpflichtende Beschaffungsquoten in Deutschland: Bis 31. Dezember 2025 müssen 45 Prozent der beschafften Busse emissionsarm sein, davon 22,5 Prozent emissionsfrei. Im Zeitraum vom 1. Januar 2026 bis 31. Dezember 2030 steigt die Quote auf 65 Prozent, davon 32,5 Prozent emissionsfreie Fahrzeuge.

Ändert sich an der gängigen Förderpraxis nichts, ist schon jetzt abzusehen, dass gerade viele mittelständische private Busunternehmen kaum in den Genuss beispielsweise einer 80-Prozent-Förderung der Mehrkosten eines Elektrobusses durch das Bundesumweltministerium kommen. Zum einen waren die Töpfe in jüngster Zeit meist ausgeschöpft durch Großanträge kommunaler Verkehrsunternehmen. Zum anderen muss die Förderung mindestens für sechs Busse beantragt werden, und außerdem ist die Antragsstellung extrem aufwendig und gerade für kleinere und mittelgroße Unternehmen nur schwer zu stemmen.

Suche nach Alternativen

Viele Busbetriebe werden sich also nach Alternativen umsehen müssen. Eine Lösung könnte der Umbau von älteren Diesel- in Elektrobusse darstellen. Erste Anbieter offerieren eine solche Möglichkeit, der Weg dorthin ist aber grundverschieden. Die Tassima AG will im Umfeld von Berlin Fahrzeuge in Eigenregie modifizieren. Einen anderen Weg geht die e-troFit GmbH aus Ingolstadt. Die hundertprozentige Tochter des Garchinger Technologieunternehmens in-tech möchte mit zertifizierten Partnerwerkstätten zusammenarbeiten, deren geschulte Mitarbeiter die Umrüstung vornehmen. Ein Vorteil dieser Lösung: Da die Werkstätten in der Regel dort ansässig sein werden, wo e-troFit-Kunden ihre Busse einsetzen, ist auch für die spätere Wartung gerade des Hochvoltantriebs immer ein Spezialistenteam vor Ort.

Erste Dieselbusse, allesamt Mercedes-Benz Citaro I (Euro III) der Jahrgänge 2002 bis 2004, werden derzeit bereits am eigenen Standort in Ingolstadt umgebaut. Ab dem dritten Quartal kommen auch Citaro I der Jahrgänge bis 2012 hinzu. Wir haben uns die Arbeiten vor Ort angeschaut. Hier erfolgt auch in Zukunft der Prototypenbau sowie die Prototypenentwicklung inklusive CAN-Bus-Vernetzung und die jeweilige Adaptierung auf die aktuelle Technikentwicklung etwa bei Batterien und E-Antrieb.

Wie sieht nun der Umbau aus? Ein zentraler Schritt ist der Ausbau der alten Hinterachse, die bei gutem Zustand im Idealfall ebenso wie Dieselmotor und Getriebe noch Verwendung in anderen Bussen oder als Ersatzteilspender finden kann. Sie wird ersetzt durch die Portalachse ZF AVE 130, auch bekannt als AxTrax AVE. Mit 1.250 Kilogramm Gewicht inklusive Lenkern, Federn und Dämpfern ist diese Portalachse rund 500 Kilogramm leichter als eine Lösung mit zentralem Elektromotor. Außerdem können Standard-275er-Reifen aufgezogen werden.

Für den Antrieb sorgen zwei dreiphasige, radnahe Asynchronmotoren mit zusammen 250 kW Peak- und 160 kW Dauerleistung sowie ein zweistufiges Planetengetriebe. Die Nennspannung beträgt 650 Volt. Für Hochbodenbusse oder Fahrzeuge, in die diese Elektroachse nicht verbaut werden kann, könnte in Zukunft aber auch der Zentralmotor ZF CeTrax zum Einsatz kommen. Weiterhin eingebaut werden zwei DC/DC-Wandler mit je 146 A Peak- und 142 A Dauerleistung, also zusammen 284 A Dauerleistung, modular erweiterbar bis maximal 8 x 146 A. Ergänzt werden sie durch einen DC/AC-Inverter für Nebenaggregate wie den Druckluftkompressor oder die Hydraulikpumpe der Servolenkung.

Herzstück Traktionsbatterie

Herzstück aller E-Busse und damit auch der e-troFit-Umbauten ist die Traktionsbatterie. Im sogenannten Umrüst-Kit 1 kommt eine Lithium-Ionen-Batterie mit maximal acht Modulen und NMC-Zellchemie des westfälischen Herstellers Voltabox zum Einsatz. Die zwei Module rechts im alten Dieselturm eines Citaro I und die sechs weiteren Module auf der linken Fahrzeugseite ab Heck besitzen eine nutzbare Energie von insgesamt 240 kWh, also 30 kWh pro Modul. Verbaut in den Modulen sind prismatische PHEV2-Hardcasezellen im Format 91 x 148 x 26,5 Millimeter (LxBxH), ursprünglich also für Plug-in-Hybridfahrzeuge konzipiert. Hersteller ist der chinesische Produzent CALB (China Aviation Lithium Battery Co. Ltd.), eine Tochtergesellschaft des Unternehmens CITC (Sichuan Chengfei Integration Technology Co. Ltd.), das wiederum zum chinesischen Konzern AVIC gehört. CALB liefert auch die Zellen für 48-Volt-Mildhybridsysteme von Continental.

Bei den Batterien lag auch die Krux bislang für e-troFit. Da CALB einem Großauftrag für einen bedeutenden OEM Vorrang gab und eine neue Produktgeneration einführte, stockten die Lieferungen an Voltabox und damit auch an e-troFit. Man geht in Ingolstadt aber davon aus, dass die Probleme nur vorübergehender Natur sind. Geschäftsführer Andreas Hager teilte während der Busworld im Herbst in Brüssel mit, dass auch LTO-Batterien für OppCharging per Pantograf und auch LFP-Zellchemie künftig in Frage kämen. Man sei diesbezüglich offen.

Eine Besonderheit der Voltabox-Akkumodule besteht darin, dass jedes sein eigenes Batteriemanagementsystem (BMS) besitzt. Eine Master/Slave-Architektur sorgt dafür, dass eine maximale Ausfallsicherheit gegeben ist und selbst mit nur noch vier funktionstüchtigen Modulen wenigstens noch der Betriebshof erreicht werden kann.

Geladen werden die dreitürigen Citaro I mit maximal 120 kW über eine 200-A-CCS2-Ladedose hinter einer Klappe zwischen Tür 2 und Hinterachse, wo auch die beiden 12-V-Batterien untergebracht sind. Beim Zweitürer befindet sie sich weiter hinten. Optional möglich ist auch eine zweite Ladesteckdose über der Vorderachse, wo sich die Stutzen von Diesel- und Heizöltank befinden. Der für Heizöl bleibt, wird dann aber sauber abgetrennt von der benachbarten Combo-2-Ladebuchse. Außerdem wird es hier einen Notausschalter beziehungsweise Batterietrennschalter geben ebenso wie im Cockpit für den Fahrer und im „Heckmotorraum“ für das Servicepersonal.

Der Heizöltank bleibt zunächst erhalten, da die e-troFit-Umbauten ebenso mit dem Heizproblem wie viele andere E-Busse zu kämpfen haben. Zwar ist auf dem Dach eine Valeo Revo-E pro Wärmepumpe verbaut, die jedoch mit R134a arbeitet, das nur bis fünf Grad Celsius eine zufriedenstellende Heizleistung abgeben kann. Optional könnte R449A eingesetzt werden, das aber ein nur unwesentlich höheres Heizpotenzial besitzt, dafür einen deutlich besseren GWP-Wert.

Deshalb ist derzeit als Ergänzung wenigstens in Mittel- und Nordeuropa ein 32 Kilogramm schwerer Valeo Thermo H 230 Hybridheizer nötig. Er besitzt eine Heizleistung von 23 kW im – deaktivierbaren – Verbrennerteil, das mit Heizöl oder Biodiesel betrieben werden kann, und von 2 x 7 kW im elektrischen Hochvoltteil, u.a. für den Betrieb der ursprünglichen Frontbox, die erhalten bleibt. Eine Brandmeldeanlage im Heck in der Serie beziehungsweise eine optionale Brandlöschanlage sorgen für Sicherheit. Andreas Hager kann sich jedoch vorstellen, dass künftig auch eine – wenn auch teurere – CO2-Wärmepumpe die Kombination aus Revo-E und Thermo H ersetzt, denn „bei uns sind die Entwicklungszyklen deutlich kürzer als bei großen OEM“. Das Thermomanagement hat natürlich auch bei den e-troFit-Fahrzeugen erheblichen Einfluss auf die Reichweite. Die beziffert Daniel Zimmermann (Technical Lead Electrics) auf maximal 270 km, minimal jedoch auf 180 km. Bei einem Reichweitentest im November 2019 habe man mit dem Vorführer bei leichtem Heizbedarf eine Strecke von 250 km – davon große Autobahnabschnitte mit hohem Tempo und geringer Rekuperation – geschafft bei einem verbleibenden SOC von fast zehn Prozent.

Ein Grund für dieses gute Ergebnis dürfte nicht nur beim effizienten Antriebssystem zu suchen sein, sondern auch im relativ geringen Gewicht des umgebauten Citaro I liegen. Die acht Batteriepakete mit je circa 230 Kilogramm bringen bei einer sehr ordentlichen Energiedichte auf Modulebene von 130 Wh/Kilogramm zusammen nur 1.840 Kilogramm auf die Waage. Damit sind sie kaum schwerer als der ausgebaute Dieselmotor samt Getriebe mit zusammen rund 1,6 Tonnen. Insgesamt besitzt das Fahrzeug nun ein Leergewicht von 12,35 Tonnen, gegenüber 11,8 Tonnen in seiner vorherigen Dieselkonfiguration. Zum Vergleich: Der aktuelle Mercedes-Benz eCitaro mit 14,25 Tonnen und der MAN Lion’s City mit 14,45 Tonnen sind deutlich schwerer. Auf der Hinterachse lasten so nur 200 bis 300 Kilogramm mehr als vor dem Umbau. Auf diese Weise geht nur ein geringes Fahrgastvolumen verloren, wenn auch aufgrund der alten 6,9-t-Vorderachse in Kombination mit der neuen Elektrohinterachse mit 11,5 Tonnen maximaler Last nur ein zul. GG von 18,5 Tonnen möglich ist. Bei einem rechnerischen Durchschnittsgewicht von 69 Kilogramm pro Fahrgast können somit aber 88 Passagiere befördert werden – ein mehr als ausreichender Wert.

Kühler auf dem Dach

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Mit dem Einbau von Elektroachse, Antriebs- und Thermomanagementsystem sind natürlich noch nicht alle Arbeiten erledigt. Das Fahrzeug benötigt noch einen Kühler auf dem Dach. Denn es besitzt drei Kreisläufe: einen Heizungskreislauf, einen Batteriekühlkreislauf auf Niedertemperaturbasis und einen Antriebskreislauf (70 bis 80 Grad Celsius). Außerdem muss es komplett aufgearbeitet und aufgehübscht werden. Denn der Citaro I ist bekannt für seine Korrossionsschwächen gerade im Bereich der Radhäuser und des bisherigen Auspuffs. Optional kann eine GFK-Beplankung statt der bisherigen gewählt werden. Auch der Bodenbelag und das gesamte sonstige Interieur vom Cockpit bis hin zu den womöglich verschlissenen Sitzen wird überarbeitet. Ein dampfstrahlerfester Unterfahrschutz für die Batterien und LED-Scheinwerfer runden die Umrüstung ab. Ein Mastergutachten des TÜV ergänzt von Einzelabnahmen steht für die Ordnungsmäßigkeit der Umbauten.

Wir wollten das ganze Paket natürlich vor Ort in Ingolstadt testen und gingen mit dem Vorführer auf eine kurze gemischte Stadt-Überland-Route. Und siehe da: Der Citaro I als Stromer fuhr sich außerordentlich geschmeidig. Das Handling und die Straßenlage erwiesen sich als erstaunlich gut für ein mehr als 15 Jahre altes Fahrzeug. Aus den Umrichtern vernahmen wir wenn überhaupt nur sehr moderate Frequenzen und Geräusche, und selbst der in die Jahre gekommene Aufbau gab kaum Laute von sich. So maßen wir in Höhe der Antriebsachse einen hervorragenden Wert von 66,5 dB(A) bei 50 km/h. Eitel Sonnenschein, könnte man meinen. Wenn da nicht die Kosten- und Förderfrage wäre. Denn je nach Umfang der Aufarbeitungsarbeiten und der gewählten Batteriegröße werden für einen umgebauten Citaro I netto bis zu 300.000 Euro fällig. Zum Vergleich: Ein fabrikneuer eCitaro mit dem 292-kWh-Batteriepaket kostet netto maximal 563.000 Euro. Damit wäre der e-troFit-Citaro immer noch ein echtes Schnäppchen. Anders sieht das nach Förderung aus: Werden 80 Prozent der Mehrkosten bezuschusst, also rund 258.500 Euro, beträgt der Preis für den eCitaro „nur“ noch maximal 304.500 Euro.

Wie lange hält der Speicher?

Voltabox gibt fünf Jahre Gewährleistung auf seine Akkus. Bei maximal 3.000 Vollzyklen, die der Batteriehersteller verspricht, sollte der Speicher aber mindestens acht bis zehn Jahre mit Minimum 80 Prozent Restkapazität schaffen, davon ist auch Daniel Zimmermann überzeugt. Die Frage ist, wie der Restwert eines heute neuen E-Busses wie dem eCitaro nach Ablauf des gleichen Zeitraums ist, wenn beispielsweise ein Batteriewechsel ansteht. Das ist sicherlich ein Rechenexempel. Zusammen haben die eigentlichen Konkurrenten I SEE/Tassima und e-troFit, so berichtete uns I-SEE-Geschäftsführer Andreas Pfeffer auf der VDV-E-Bus-Konferenz in Berlin Anfang Februar, aber bereits Anstrengungen unternommen, dass auch die nachgerüsteten E-Busse in den Genuss einer Förderung kommen. Einige Länderzuschüsse über 100.000 Euro – beispielsweise in Baden-Württemberg – seien bereits genehmigt worden, so Pfeffer. Und auch aus dem Unternehmen e-troFit ist zu hören, dass erste Zuschüsse aus dem Bundesverkehrsministerium bereits genehmigt seien. Auch in Sachen Bundesumweltministerium, wo noch geprüft würde, sei man guter Dinge.

Mit Förderung ist die Umrüstung gerade für kleine und mittelgroße Busunternehmen natürlich eine große Chance, um die Herausforderungen der CVD künftig annehmen zu können. Zimmermann berichtete daher auch von einer riesigen Nachfrage während der letztjährigen Busworld. Zwar kämen die Interessenten vorwiegend aus dem DACH-Raum, aber mitunter registriere man auch weltweite Anfragen. Wie geht es nun weiter? 2020 werden 20 bis 25 Einheiten, vorwiegend Citaro I, in der Entwicklungswerkstatt in Ingolstadt umgebaut, eine in etwa gleiche Größenordnung außerdem in München bei der Mutter in-tech. Bis Ende des Jahres sollen bis zu 100 Fahrzeuge auf E-Antrieb umgerüstet werden. 2021 werden dann einige Citaro II – inklusive Gelenkbussen – mit bis zu Euro 5 ebenso wie erste MAN Lion’s City folgen. Partnerwerkstätten im bayrischen Raum und Bremen sind bereits gefunden, mit weiteren ist man im Gespräch. „Wunschwerkstätten“ (Zimmermann) sind natürlich ZF-Partner. Ideal wäre es, das Werkstattnetz des Achsherstellers nutzen und die ZF-Trainer für Umrüstschulungen gewinnen zu können.

Geschäftsführer Andreas Hager beziffert das Umrüstpotenzial „weltweit auf 8.000 Busse verschiedener Modelle“. Sein Unternehmen fokussiert sich allerdings nicht nur auf Busse, sondern entwickelt gerade das erste Umrüst-Kit für den Mercedes-Benz Actros. Mit der Spedition Temmel aus der Oststeiermark hat man bereits einen Pilotkunden an der Hand, der die umgebauten E-Lkw im Werkslieferverkehr auf kurzen Strecken bis 80 km einsetzen möchte.

Claus Bünnagel

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Artikel Ein zweites Leben als Stromer
Seite 34 bis 37 | Rubrik ELEKTROMOBILITÄT