顧德昌文
Abstract
ABriefoftheApplicationandUsageofHybrid-powerBusinCityPublicTransport
Thisarticleprovidedananalysisofpracticalapplicationofhybrid-powerpublicbusesinShanghai,andstrucutrefeatures,operatingmoduleandadvantageofhybrid-powerbusaswell,introducingindetailtheapplicationcharacteristicsofhybridpowersystemundercurrentpublicbusoperatingcondition.Basedoncomparativeanalysisofpracticalapplicationandoperation,thearticlesummarizedtwooutstandingfeaturesofhybrid-powerpublicbus—fuel-savingandenvironmnet-friend,whichmarkedapossibledevelopmenttrendofhybrid-powerbustechnology.
随着人們環保意識的增強以及排放法規的日趨嚴格，電動汽車代替傳統燃油汽車的趨勢越來越明顯，電動客車逐漸成為未來城市公交車的主流車型。目前電動客車有純電動、混合動力和燃料電池3種類型。其中，混合動力客車又分為增程型(串聯式)插電混合動力、并聯式插電混合動力和混聯式插電混合動力。
本文主要分析了上海公交混合動力公交客車的應用現狀以及混合動力系統的結構特點、工作模式和主要優點，目的是對公交工況下混合動力系統的應用特點進行分析。在城市工況下，通過實際應用分析和對比，驗證混合動力公交車的節油與環保的特點，得出今後适合城市公交系統發展使用的技術方向。
上海巴士三公司混合動力車輛的使用情況
從2014年開始，上海巴士三公司批量投放混合動力公交車共261輛，其中增程式混合動力(串聯)80輛，并聯混合動力181輛，占公司車輛總數的12.5%，累計行駛裡程2400萬km，油耗29.56L/km，平均降耗率在23%左右。
1.能耗
串聯與并聯式混合動力，按照能量轉換損失來看，串聯要比并聯能耗高；但在城市工況下，由于道路擁堵，啟停次數多，所以在實際應用中，春秋兩季增程式全年平均油耗較并聯式混合動力油耗低1.6%，但高溫和低溫季節要高出2%左右。主要原因是：目前的并聯模式沒有開啟發動機自動啟停功能，但在夏冬季并聯式發動機在怠速狀态下正好可以帶動空調；而且增程式在電動空調開啟後，增程器工作時間延長，特别是停車時，能耗大幅上升。根據統計數據顯示，增程式全年平均油耗較并聯式混合動力油耗高1.7%。
因此，我們認為現有的增程式混合動力電管理策略有待于進一步優化，APU單位能量的發電效率也是一個技術瓶頸。
2.可靠性
根據表3的統計數據可以看出，純電動車故障率最低，增程式其次，并聯式最高。導緻這一結果的主要原因在于變速器換擋故障和控制幹擾；而且随着使用時間的延長，其故障率必然高過柴油車。增程式由于比純電動增加了APU及逆變器，因此故障率相對于純電動而言要高。
從實際應用感受看，增程式和并聯式2種混合動力公交車都能滿足城市公交工況下的使用需求，但仍需要進一步優化、調整，CAN抗幹擾功能要在開發時着重考慮。
3.安全性
從實際使用來看，動力電池的安全性一直是純電動公交車的安全瓶頸，城市公交車的另一危險源為發動機。因此純電動車的安全性顧慮最高，增程式次之，并聯式最低。在實際使用中也發生過電池安全性事故。
4.購置成本和複雜程度
串聯式和純電動、柴油車一樣隻有1套驅動系統，而并聯式和混聯式有2套驅動系統，驅動部件、電控單元少，控制策略相對簡單，宜實現。混聯式對控制要求最高，因此技術上尚未完全成熟，需要進一步市場驗證。從車輛購置成本看，電動車最高、混聯式次之，然後依次是串聯式和并聯式，影響購車成本的主要因素還是搭載的動力電池容量的大小。
混合動力與純電動客車發展分析
當前國内新能源汽車進入快速發展期，但充電基礎設施建設相對于車輛發展而言仍十分滞後。雖然國家最新出台了充電設施的補貼政策，但是具體到實施還有一個過程。而插電式混合動力可以不受充電設施的限制。在無法充電的時候，隻要有加油站就可以一直行駛下去，行駛裡程不受充電條件的制約，具有燃油車的優勢。
受動力電池的限制，目前純電動客車在極端工況下一次充電行駛還很難達到250km以上，而且随着電池的衰退，續駛裡程還要下降。目前相當一部分城市公交線路尤其是市通郊線路運行超過250km/天，停車場站可建設充電樁的能力不足以支持城市公交電動化的發展。解決城市環境問題、機動車尾氣排放，混合動力也是一條不可替代的技術解決路線。由于各地政府對新能源客車要求和政策支持力度有所差異，因此，混合動力或純電動公交客車應根據技術的發展和成熟度，由市場去選擇，政府則在政策上進行引導鼓勵。
适合城市公交的混合動力技術路線和要求
1.城市公交車對續駛裡程的要求
目前國家補貼要求插電式混合動力及增程式在純電模式下續駛裡程應達到50km，在實際應用中，為延長動力電池使用壽命，SOC使用區間最多隻有50%，甚至隻有10%。城市公交車每天平均營運200km，利用外接電源充電可獲得的續駛裡程最多隻占25%，其餘需要從發動機獲取動力。
2.燃油補貼對城市公交選型的影響
目前城市公交享受國家、上海市二級政府補貼，平均燃油使用成本低于3.5元/L，按照目前柴油發電機組的效率(3.8kWh/L左右)換算，可換算為0.92元/kWh；而按照舊的電價結算機制，直流端每度電超過1元。目前城市混合動力公交車基本以燃油驅動，采用外接輔助電源在經濟上沒有優勢。
3.并聯式混合動力的優缺點
并聯式混合動力公交車在很大程度上更接近傳統公交車，在推廣初期具有更大優勢，但筆者認為混合動力汽車目前仍在以傳統能源作為主要驅動力，電力隻是作為輔助，主要起能量回收作用。目前着力點在于如何提升混合動力汽車的電力驅動比例。但受限于國家新補貼政策，并聯式混合動力将面臨挑戰。
4.串聯式混合動力的優缺點
串聯式混合動力公交車驅動形式上與純電動一緻，控制策略較簡單，技術較成熟，是目前城市公交車的主要方向。但由于柴油機的燃油消耗率已到極限(且工作在經濟轉速)，選配多大的柴油發電機組及工作時長應根據城市路況和季節進行優化，以進一步降低燃油消耗率。同時，如何提高轉換效能也是一大問題，建議采用APU直供電機的技術。此外，串聯式混合動力還需解決電池跳變問題。
5.混聯式混合動力的優缺點
混聯式混合動力應該是結合了串聯和并聯的優勢，但在早期的産品中由于其控制策略複雜、受限于不同線路的路況，系統自适應差，并沒有做到較高的降耗率，系統單元多故障率也随之增加，嚴重影響了公交營運。但随着制造技術和工藝的提高，混聯式混合動力将會取代其他形式的混合動力。
城市公共交通向綠色、安全、環保、便捷、智能方向發展，離不開混合動力客車技術的發展。新的混合動力技術要以整車為平台，集成各核心零部件為系統，依靠先進的電控技術，實現對電機、轉向、冷卻、轉動系統的有效合理控制。運用可靠的通信技術，完美融合發動機啟停、動力管理、整車CAN通信控制和遠程監控等技術，盡最大程度地挖掘出混合動力的高效性。
從2014年開始，上海巴士三公司批量投放混合動力公交車共261輛
顧德昌上海巴士第三公共交通有限公司副總經理