編者按：本文是國家電網(wǎng)公司營銷部賈俊國先生對中國新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的年度回顧系列文章之一。原標(biāo)題為“城市公交車電動化的研究與實踐”，為便于讀者閱讀，經(jīng)作者同意，有部分修改和刪節(jié)。

　　雖然我國新能源汽車的推動是從公共服務(wù)領(lǐng)域開始的，但我們一直跟著美國、日本等汽車發(fā)達(dá)國家的路線，把焦點都匯聚在乘用車是混合、燃料電池還是純電動上，忽視了我國主要城市交通工具——公交車的電動化，其實也就是忽視了發(fā)展新能源汽車的本意。

　　據(jù)國家科技部統(tǒng)計，截至2011年3月，示范城市中應(yīng)用電動大巴629輛，僅占公共服務(wù)領(lǐng)域新能源汽車的7%。雖然，我們看到城市公交電動化還面臨諸多難題，需要政府、汽車產(chǎn)業(yè)和相關(guān)產(chǎn)業(yè)的上下游企業(yè)協(xié)同創(chuàng)新。但是，我們不能象國外一樣只顧乘用車，應(yīng)該重視甚至高度重視公交車的電動化。

　　一、電動化是城市公交車的必然選擇

　　1、世界能源和環(huán)境日益惡化，我國形勢更加嚴(yán)峻，特別是城市大氣污染尤為嚴(yán)重。

　　因汽車尾氣排放造成的空氣污染，已成為困擾北京、上海、廣州等大城市的嚴(yán)重問題。中國環(huán)境監(jiān)測總站吳國平研究員等對我國廣州、武漢、蘭州、重慶4個城市的大氣PM2.5 污染水平進(jìn)行了監(jiān)測，結(jié)果表明這些城市的PM2. 5水平普遍超過了美國新標(biāo)準(zhǔn)的2到8倍。

　　大量研究表明，電動車相比常規(guī)燃油汽車在能效和減排方面有明顯優(yōu)勢。國務(wù)院發(fā)展研究中心對純電動車和傳統(tǒng)汽油車的能源消耗和二氧化碳排放進(jìn)行了比較，其中純電動車按照“煤-電-電動機”的能源應(yīng)用路徑，而傳統(tǒng)汽油車按照“石油-汽油-內(nèi)燃發(fā)動機”的路徑進(jìn)行測算。結(jié)果表明，即使在電能來源僅考慮煤電的最差情況，純電動車單位行駛里程所消耗的一次能源(折成熱值)只有傳統(tǒng)汽油汽車的0.7倍?？紤]我國電源結(jié)構(gòu)優(yōu)化以及能源利用效率提高的趨勢，按照2015年我國煤電比例76%，電動車所排放的二氧化碳約為傳統(tǒng)汽油汽車的74%。

　　2、發(fā)展電動公交，中國具有比較優(yōu)勢

　　相比于乘用車，電動公交車的節(jié)油和減排效果更加明顯，據(jù)有關(guān)統(tǒng)計，我國每輛公交車日行駛里程約220-280公里，消耗燃油約90-120升，相當(dāng)于30輛私家車的油耗和排放。此外，電動車采用電動機代替發(fā)動機，幾乎無噪聲，而且無級變速，駕駛操作更加簡單。

　　隨著改革開放的進(jìn)程，大批農(nóng)民進(jìn)城，城鎮(zhèn)化加速，汽車進(jìn)入家庭，城市交通供需矛盾日益尖銳?，F(xiàn)在，我國幾乎所有城市都存在不同程度的交通堵塞。政府高度重視公共交通的發(fā)展，2005年國務(wù)院辦公廳轉(zhuǎn)發(fā)了建設(shè)部等部門《關(guān)于優(yōu)先發(fā)展城市公共交通意見》，發(fā)展城市公交已成為具有中國特色的城市發(fā)展和交通發(fā)展的重要舉措。

　　放眼世界，沒有哪一個國家如此重視電動公交車的發(fā)展，因為沒有哪一個國家像中國一樣對公交車有如此巨大的需求。正因如此，國內(nèi)燃油公交車的研發(fā)能力和生產(chǎn)技術(shù)反而不落后于國外，有著較強的比較優(yōu)勢。進(jìn)而，開發(fā)純電動公交車，有著特有的優(yōu)勢和條件。

　　相比于乘用車，公交車的空間寬敞、布局規(guī)范，電動化相對容易、方便。在運營方面，也有著非常鮮明的特點：定線定點-線路和站點固定;單程行駛歷程固定而且不長;專人駕駛;出車收車時間固定且密集。

　　發(fā)展電動公交，既可以鞏固已有的領(lǐng)先優(yōu)勢，同時更好地培育電池、電控、電機、充換電技術(shù)，為電動乘用車提供經(jīng)驗，帶動和促進(jìn)產(chǎn)業(yè)鏈，有效帶動我國電動車產(chǎn)業(yè)發(fā)展。應(yīng)該看到，隨著國外電動車應(yīng)用發(fā)展，電動公交大巴必將引起重視，并付諸實施，日本、澳大利亞、美國和法國等國家都已開始啟動。在電動乘用車“彎道超車”遭遇挑戰(zhàn)時，我們不能白白把自己的優(yōu)勢地位拱手讓出，必須加快發(fā)展電動公交車。

　　如果盲目照搬乘用車的發(fā)展路徑，采用混合動力，即傳統(tǒng)技術(shù)加電動技術(shù)，顯然是揚短避長，把簡單問題復(fù)雜化。

　　二、電池快換是電動公交車主要的電能供給方式

　　1、電動車電能供給方式分析

　　電動車以電能替代了燃油，從根本上改變了傳統(tǒng)汽車的動力驅(qū)動方式，雖然使用功能一樣，但是從技術(shù)上已經(jīng)根本不同。換個角度，從電力服務(wù)看，它是一種用電設(shè)備，是一種新型的用電需求。

　　為電動車提供電能供給，主要有交流充電、直流充電和電池更換等三種方式。

　　交流充電：由交流充電樁提供220V交流電能，車載充電機完成交直流變換，充電功率一般不大于5千瓦，充電時間通常為5～8個小時，主要用于電動乘用車。

　　直流充電：由非車載充電機完成交直流變換，充電功率較大，從幾十千瓦到上百千瓦。主要用于電動公交車的整車充電，充電時間較長，至少要3小時左右。

　　電池快速更換：用事先充滿電的電池組更換車輛上的電池組，國內(nèi)設(shè)備基本可在5-10分鐘完成電池更換，實現(xiàn)了電動車電能快速補給。

  　2、電動公交車充換電比較

　　目前，公認(rèn)電池是制約電動車發(fā)展的瓶頸。選擇充電還是換電，人們一般都是基于對純電動乘用車的認(rèn)識，從電池自身角度、從車的角度、汽車行業(yè)角度解讀。

　　從電池性能分析。目前，國內(nèi)外電動車基本采用鋰離子電池，鋰電池具有安全可靠、工作電壓高、無記憶效應(yīng)等優(yōu)點，但其能量密度仍較低，造成電動車單次充電續(xù)駛里程較短，更重要的是電池成組循環(huán)壽命低。目前國內(nèi)電池成組后的比能量基本在70Wh/kg,循環(huán)壽命1000次以上。另外，單體電池使用過程中的環(huán)境差異，會加大單體電池間的性能差異，導(dǎo)致性能較差的電池加劇惡化，使電池組的循環(huán)壽命相對單體電池大大縮短。如果在公交車行駛間隙采用快速充電，為公交車提供電能補給，將造成電池負(fù)極極化，容量嚴(yán)重衰減，從而引起壽命急劇衰減。因此造成電動車電池部分的使用成本上升，降低電動車經(jīng)濟性。

　　從充電方式分析。

　　第一，目前電池組比能量約70 Wh/kg，以青島公交車為例，每日平均行駛里程約220公里，如果采用充電方式，為了每天充一次電滿足行駛里程要求，就要至少裝載220千瓦時、約3100公斤的電池。為了少裝電池，減輕車體重量，就會出現(xiàn)一些示范項目中兩輛車當(dāng)一輛車用的現(xiàn)象，也就是兩輛車一天輪班跑。

　　第二，即使不考慮電池壽命，采用快速充電，按照目前一般公交車裝載140千瓦時電池測算，按照3C充電，充電功率將達(dá)到420千瓦。交流側(cè)(380V)電流達(dá)到600A，導(dǎo)線線徑需達(dá)到240平方毫米。直流側(cè)(537V)電流將達(dá)到800A，充電連接器正副極分別需要2根直徑18毫米的觸頭,為保證連接器觸頭可靠的電氣連接和滿足溫升的要求，結(jié)構(gòu)設(shè)計要有非常大的保持力，連接器插拔力將會達(dá)到500N以上，這時就要架裝助力裝置，結(jié)果會大大增加連接器的體積和重量，使充電操作非常困難。

　　第三，如果選擇換電方式，可以采用分箱充電0.3C充電，充電電流僅為80A，有效降低交流側(cè)的導(dǎo)線線徑和直流觸頭;有效提高電池組內(nèi)電池均衡。換電方式還便于電池使用過程中的維護(hù)，及早發(fā)現(xiàn)電池差異，對電池組進(jìn)行均衡處理，甚至更換性能差異較大的電池，有效延長電池組的壽命。同時，當(dāng)動力電池?zé)o法在電動車上應(yīng)用時，電池性能僅下降了30%-40%左右，還有巨大的利用空間，可在變電站直流電源、儲能電站等方面對電池進(jìn)行梯次利用。另外，還可以根據(jù)行車路線，做到電機、電池重量與車輛運行最佳匹配，比如按照兩個來回70公里，電池僅六七百公斤。這樣，節(jié)省電池，降低車的重量，提高運行維護(hù)效率和效益。因此，通過換電方式，延長動力電池利益鏈，有效減少電動車使用動力電池的成本，提高電動車經(jīng)濟性。

　　從電網(wǎng)安全分析。公交車采用充電方式，將造成高電壓、大電流的直流充電機大規(guī)模集中接入電網(wǎng)，給配電網(wǎng)帶來較大負(fù)荷沖擊，造成配電網(wǎng)的嚴(yán)重過載。同時充電機負(fù)荷為非線性負(fù)載，會對電網(wǎng)產(chǎn)生嚴(yán)重諧波污染，北京奧運充電站實測數(shù)據(jù)表明，充電機造成電流諧波畸變率高達(dá)30～40%，如果不加治理，將嚴(yán)重影響電網(wǎng)和用戶的穩(wěn)定運行及電能質(zhì)量。因此，電動車充換電方式的選擇和充電設(shè)施建設(shè)要與我國電網(wǎng)發(fā)展現(xiàn)狀相結(jié)合，只有保證電網(wǎng)可靠運行，才能保證電動車的電能供給。

　　綜上，充電與換電方式的選擇不能單純從車輛方面考慮，需要從公交應(yīng)用需求、設(shè)備技術(shù)可行性、電網(wǎng)安全、電動車整體經(jīng)濟性等各方面系統(tǒng)的看問題，選擇合理的電能供給方式。

　　三、探索與實踐

　　在我國作為最初探索換電方式實現(xiàn)于2005年，可能也是世界上第一個快換設(shè)施在蘭州建立，服務(wù)于2臺公交車，安全行駛5萬公里。

　　2008年北京奧運會期間投入50輛純電動公交車，配套建設(shè)一個電池更換站，國內(nèi)第一次采用電池更換方式為電動商用車服務(wù)，取得了一定的運行經(jīng)驗。

　　2010年上海世博會期間投入120輛純電動公交車，配套建設(shè)一個電池更換站，國內(nèi)第一次大規(guī)模采用電池更換方式為電動商用車服務(wù)，并實現(xiàn)高負(fù)荷運行，取得了豐富的運行經(jīng)驗。

　　2010年廣州亞運會，20輛快換方式電動公交車，直接進(jìn)入商業(yè)化運營。

　　2006年初，國家電網(wǎng)公司就做出推動電動車發(fā)展的戰(zhàn)略部署。幾年來，公司創(chuàng)造性、系統(tǒng)性地開展了卓有成效的工作，在標(biāo)準(zhǔn)體系創(chuàng)新、設(shè)備技術(shù)創(chuàng)新、運營模式創(chuàng)新和智能服務(wù)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)與規(guī)劃創(chuàng)新等方面，引領(lǐng)電動車充換電服務(wù)的發(fā)展方向。智能充換電服務(wù)網(wǎng)絡(luò)示范工程青島薛家島充換儲放一體化站，是集公交車充換電、乘用車電池集中充電、儲能應(yīng)用于一體的電動車充換電站，于今年7月11日正式投運。公交車充換電站為青島市公交線路上運行的電動公交車提供換電服務(wù)，可滿足280輛電動公交車的換電需求;集中充電站可為1440箱乘用車電池實現(xiàn)集中充電，為黃島區(qū)電動乘用車提供集中充電和電池配送服務(wù);示范電站可實現(xiàn)5.6萬kWh電能儲存，已實現(xiàn)1.1萬kWh電能儲放功能;是目前世界上功能最全、規(guī)模最大、服務(wù)能力最強的電動車充換電站。

　　研究和實踐表明，無論是從整車、電池、電機電控，還是從公交車運營管理、充換電服務(wù)，闖出一條符合中國國情、具有中國特色的城市公交車電動化之路是可行的、必然的，也是一定會成功的。