贾俊国：中国应加快发展纯电动公交

　　编者按：本文是国家电网公司营销部贾俊国先生对中国新能源汽车产业发展的年度回顾系列文章之一。原标题为“城市公交车电动化的研究与实践”，为便于读者阅读，经作者同意，有部分修改和删节。

　　虽然我国新能源汽车的推动是从公共服务领域开始的，但我们一直跟着美国、日本等汽车发达国家的路线，把焦点都汇聚在乘用车是混合、燃料电池还是纯电动上，忽视了我国主要城市交通工具——公交车的电动化，其实也就是忽视了发展新能源汽车的本意。

　　据国家科技部统计，截至2011年3月，示范城市中应用电动大巴629辆，仅占公共服务领域新能源汽车的7%。虽然，我们看到城市公交电动化还面临诸多难题，需要政府、汽车产业和相关产业的上下游企业协同创新。但是，我们不能象国外一样只顾乘用车，应该重视甚至高度重视公交车的电动化。

　　一、电动化是城市公交车的必然选择

　　1、世界能源和环境日益恶化，我国形势更加严峻，特别是城市大气污染尤为严重。

　　因汽车尾气排放造成的空气污染，已成为困扰北京、上海、广州等大城市的严重问题。中国环境监测总站吴国平研究员等对我国广州、武汉、兰州、重庆4个城市的大气PM2.5 污染水平进行了监测，结果表明这些城市的PM2. 5水平普遍超过了美国新标准的2到8倍。

　　大量研究表明，电动车相比常规燃油汽车在能效和减排方面有明显优势。国务院发展研究中心对纯电动车和传统汽油车的能源消耗和二氧化碳排放进行了比较，其中纯电动车按照“煤-电-电动机”的能源应用路径，而传统汽油车按照“石油-汽油-内燃发动机”的路径进行测算。结果表明，即使在电能来源仅考虑煤电的最差情况，纯电动车单位行驶里程所消耗的一次能源(折成热值)只有传统汽油汽车的0.7倍。考虑我国电源结构优化以及能源利用效率提高的趋势，按照2015年我国煤电比例76%，电动车所排放的二氧化碳约为传统汽油汽车的74%。

　　2、发展电动公交，中国具有比较优势

　　相比于乘用车，电动公交车的节油和减排效果更加明显，据有关统计，我国每辆公交车日行驶里程约220-280公里，消耗燃油约90-120升，相当于30辆私家车的油耗和排放。此外，电动车采用电动机代替发动机，几乎无噪声，而且无级变速，驾驶操作更加简单。

　　随着改革开放的进程，大批农民进城，城镇化加速，汽车进入家庭，城市交通供需矛盾日益尖锐。现在，我国几乎所有城市都存在不同程度的交通堵塞。政府高度重视公共交通的发展，2005年国务院办公厅转发了建设部等部门《关于优先发展城市公共交通意见》，发展城市公交已成为具有中国特色的城市发展和交通发展的重要举措。

　　放眼世界，没有哪一个国家如此重视电动公交车的发展，因为没有哪一个国家像中国一样对公交车有如此巨大的需求。正因如此，国内燃油公交车的研发能力和生产技术反而不落后于国外，有着较强的比较优势。进而，开发纯电动公交车，有着特有的优势和条件。

　　相比于乘用车，公交车的空间宽敞、布局规范，电动化相对容易、方便。在运营方面，也有着非常鲜明的特点：定线定点-线路和站点固定;单程行驶历程固定而且不长;专人驾驶;出车收车时间固定且密集。

　　发展电动公交，既可以巩固已有的领先优势，同时更好地培育电池、电控、电机、充换电技术，为电动乘用车提供经验，带动和促进产业链，有效带动我国电动车产业发展。应该看到，随着国外电动车应用发展，电动公交大巴必将引起重视，并付诸实施，日本、澳大利亚、美国和法国等国家都已开始启动。在电动乘用车“弯道超车”遭遇挑战时，我们不能白白把自己的优势地位拱手让出，必须加快发展电动公交车。

　　如果盲目照搬乘用车的发展路径，采用混合动力，即传统技术加电动技术，显然是扬短避长，把简单问题复杂化。

　　二、电池快换是电动公交车主要的电能供给方式

　　1、电动车电能供给方式分析

　　电动车以电能替代了燃油，从根本上改变了传统汽车的动力驱动方式，虽然使用功能一样，但是从技术上已经根本不同。换个角度，从电力服务看，它是一种用电设备，是一种新型的用电需求。

　　为电动车提供电能供给，主要有交流充电、直流充电和电池更换等三种方式。

　　交流充电：由交流充电桩提供220V交流电能，车载充电机完成交直流变换，充电功率一般不大于5千瓦，充电时间通常为5～8个小时，主要用于电动乘用车。

　　直流充电：由非车载充电机完成交直流变换，充电功率较大，从几十千瓦到上百千瓦。主要用于电动公交车的整车充电，充电时间较长，至少要3小时左右。

　　电池快速更换：用事先充满电的电池组更换车辆上的电池组，国内设备基本可在5-10分钟完成电池更换，实现了电动车电能快速补给。

  　2、电动公交车充换电比较

　　目前，公认电池是制约电动车发展的瓶颈。选择充电还是换电，人们一般都是基于对纯电动乘用车的认识，从电池自身角度、从车的角度、汽车行业角度解读。

　　从电池性能分析。目前，国内外电动车基本采用锂离子电池，锂电池具有安全可靠、工作电压高、无记忆效应等优点，但其能量密度仍较低，造成电动车单次充电续驶里程较短，更重要的是电池成组循环寿命低。目前国内电池成组后的比能量基本在70Wh/kg,循环寿命1000次以上。另外，单体电池使用过程中的环境差异，会加大单体电池间的性能差异，导致性能较差的电池加剧恶化，使电池组的循环寿命相对单体电池大大缩短。如果在公交车行驶间隙采用快速充电，为公交车提供电能补给，将造成电池负极极化，容量严重衰减，从而引起寿命急剧衰减。因此造成电动车电池部分的使用成本上升，降低电动车经济性。

　　从充电方式分析。

　　第一，目前电池组比能量约70 Wh/kg，以青岛公交车为例，每日平均行驶里程约220公里，如果采用充电方式，为了每天充一次电满足行驶里程要求，就要至少装载220千瓦时、约3100公斤的电池。为了少装电池，减轻车体重量，就会出现一些示范项目中两辆车当一辆车用的现象，也就是两辆车一天轮班跑。

　　第二，即使不考虑电池寿命，采用快速充电，按照目前一般公交车装载140千瓦时电池测算，按照3C充电，充电功率将达到420千瓦。交流侧(380V)电流达到600A，导线线径需达到240平方毫米。直流侧(537V)电流将达到800A，充电连接器正副极分别需要2根直径18毫米的触头,为保证连接器触头可靠的电气连接和满足温升的要求，结构设计要有非常大的保持力，连接器插拔力将会达到500N以上，这时就要架装助力装置，结果会大大增加连接器的体积和重量，使充电操作非常困难。

　　第三，如果选择换电方式，可以采用分箱充电0.3C充电，充电电流仅为80A，有效降低交流侧的导线线径和直流触头;有效提高电池组内电池均衡。换电方式还便于电池使用过程中的维护，及早发现电池差异，对电池组进行均衡处理，甚至更换性能差异较大的电池，有效延长电池组的寿命。同时，当动力电池无法在电动车上应用时，电池性能仅下降了30%-40%左右，还有巨大的利用空间，可在变电站直流电源、储能电站等方面对电池进行梯次利用。另外，还可以根据行车路线，做到电机、电池重量与车辆运行最佳匹配，比如按照两个来回70公里，电池仅六七百公斤。这样，节省电池，降低车的重量，提高运行维护效率和效益。因此，通过换电方式，延长动力电池利益链，有效减少电动车使用动力电池的成本，提高电动车经济性。

　　从电网安全分析。公交车采用充电方式，将造成高电压、大电流的直流充电机大规模集中接入电网，给配电网带来较大负荷冲击，造成配电网的严重过载。同时充电机负荷为非线性负载，会对电网产生严重谐波污染，北京奥运充电站实测数据表明，充电机造成电流谐波畸变率高达30～40%，如果不加治理，将严重影响电网和用户的稳定运行及电能质量。因此，电动车充换电方式的选择和充电设施建设要与我国电网发展现状相结合，只有保证电网可靠运行，才能保证电动车的电能供给。

　　综上，充电与换电方式的选择不能单纯从车辆方面考虑，需要从公交应用需求、设备技术可行性、电网安全、电动车整体经济性等各方面系统的看问题，选择合理的电能供给方式。

　　三、探索与实践

　　在我国作为最初探索换电方式实现于2005年，可能也是世界上第一个快换设施在兰州建立，服务于2台公交车，安全行驶5万公里。

　　2008年北京奥运会期间投入50辆纯电动公交车，配套建设一个电池更换站，国内第一次采用电池更换方式为电动商用车服务，取得了一定的运行经验。

　　2010年上海世博会期间投入120辆纯电动公交车，配套建设一个电池更换站，国内第一次大规模采用电池更换方式为电动商用车服务，并实现高负荷运行，取得了丰富的运行经验。

　　2010年广州亚运会，20辆快换方式电动公交车，直接进入商业化运营。

　　2006年初，国家电网公司就做出推动电动车发展的战略部署。几年来，公司创造性、系统性地开展了卓有成效的工作，在标准体系创新、设备技术创新、运营模式创新和智能服务网络建设与规划创新等方面，引领电动车充换电服务的发展方向。智能充换电服务网络示范工程青岛薛家岛充换储放一体化站，是集公交车充换电、乘用车电池集中充电、储能应用于一体的电动车充换电站，于今年7月11日正式投运。公交车充换电站为青岛市公交线路上运行的电动公交车提供换电服务，可满足280辆电动公交车的换电需求;集中充电站可为1440箱乘用车电池实现集中充电，为黄岛区电动乘用车提供集中充电和电池配送服务;示范电站可实现5.6万kWh电能储存，已实现1.1万kWh电能储放功能;是目前世界上功能最全、规模最大、服务能力最强的电动车充换电站。

　　研究和实践表明，无论是从整车、电池、电机电控，还是从公交车运营管理、充换电服务，闯出一条符合中国国情、具有中国特色的城市公交车电动化之路是可行的、必然的，也是一定会成功的。