“雙電”公交車技術(shù)分析與管理方案

秦 瑾　文

“雙電”公交車技術(shù)分析與管理方案

秦 瑾文

超級(jí)電容和動(dòng)力鋰電池相混合的“雙電”新能源公交車，彌補(bǔ)了單電源新能源車輛的劣勢，在實(shí)現(xiàn)車輛瞬間快速啟動(dòng)的同時(shí)，也提高了系統(tǒng)能量回收的穩(wěn)定性，有效延長了動(dòng)力鋰電池的使用壽命。

Analysis of Dual E-drive Technology and Management Planning

Shanghai Pudong New Area Shangnan Public Transport Co., Ltd has been taking a great effort in exploring new alternative fuel R & D in the past few years, resulted in developing dual E-drive public bus powered by supercapacity and lithium battery, which had made up for the disadvantage of single E-drive vehicles.

隨著傳統(tǒng)能源逐漸枯竭，新能源汽車的發(fā)展已經(jīng)引起了人們高度重視。近些年，上海浦東上南公司一直在新能源公交車領(lǐng)域進(jìn)行嘗試，采用了由上海瑞華集團(tuán)提供的超級(jí)電容和動(dòng)力鋰電池相混合的“雙電”技術(shù)，彌補(bǔ)了單電源新能源車輛的劣勢，在實(shí)現(xiàn)車輛瞬間快速啟動(dòng)的同時(shí)，也提高了系統(tǒng)能量回收的穩(wěn)定性，有效延長了動(dòng)力鋰電池的使用壽命。

“雙電”模式延長電池壽命

超級(jí)電容是近幾年隨著航空航天技術(shù)的發(fā)展，研發(fā)出來的新型電能存儲(chǔ)和處理器件，具有動(dòng)態(tài)相應(yīng)好、瞬間功率特性優(yōu)良和循環(huán)使用壽命長等特點(diǎn)，因此在軍事和空間技術(shù)上得到了廣泛應(yīng)用。后來，它被設(shè)計(jì)者作為單一動(dòng)力電源，應(yīng)用在了新能源公交車上。雖然使用初期，超級(jí)電容車輛表現(xiàn)出了能夠迅速大量充電、運(yùn)行成本低的優(yōu)勢，同時(shí)也呈現(xiàn)出一些問題，比如車輛充電時(shí)間長，早晚高峰期間乘客抱怨多；車站充電時(shí)應(yīng)對(duì)復(fù)雜路況能力不足；惡劣天氣運(yùn)行保障低，等等。

相較于超級(jí)電容車輛，以磷酸鐵鋰電池作單一動(dòng)力源的電動(dòng)車同樣有不少問題，其中最令用戶不滿的便是經(jīng)過多次充放電后，電池儲(chǔ)電量會(huì)大幅下降。而上南公交公司使用的新能源車輛采用了超級(jí)電容和動(dòng)力鋰電池相混合的“雙電”技術(shù)，兼?zhèn)?種新能源技術(shù)的優(yōu)勢。當(dāng)車輛啟動(dòng)瞬間，由于電機(jī)需要輸出較大的瞬時(shí)功率，此時(shí)系統(tǒng)將由超級(jí)電容提供能量，減少對(duì)動(dòng)力鋰電池的瞬間功率需求；當(dāng)功率需求趨于緩和時(shí)，將由鋰電池和超級(jí)電容同時(shí)提供輸出能量。

與此同時(shí)，駕駛員踩下制動(dòng)踏板，制動(dòng)回收系統(tǒng)可將部分動(dòng)能轉(zhuǎn)化成為電能，導(dǎo)致負(fù)載會(huì)輸出較大的反向電流。具有優(yōu)良瞬間功率特性的超級(jí)電容承擔(dān)了制動(dòng)瞬間能量的回收，并將能量儲(chǔ)存起來；當(dāng)收集到的能量趨于飽和時(shí)，在耦合器的作用下，超級(jí)電容內(nèi)的能量將自動(dòng)輸送給動(dòng)力鋰電池。因此，整車的動(dòng)力性能得到了有效提高，比較適用于頻繁起步和停車的交通擁堵公交線路。

“雙電”新能源公交車在啟動(dòng)瞬間，不再受到電池啟動(dòng)特性限制的影響。其次，制動(dòng)時(shí)能量回收效率得到了提高，避免鋰電池受大電流沖擊。車輛在正常行進(jìn)過程中，超級(jí)電容與動(dòng)力鋰電池之間的能量可以互相流動(dòng)，因此給予了動(dòng)力鋰電池更多的活化時(shí)間，從而有效地延長了電池的使用壽命。

先進(jìn)技術(shù)應(yīng)用提高車輛可靠性

多了一套系統(tǒng)，車輛的可靠性是否會(huì)受到較大影響呢？答案是：不會(huì)。因?yàn)椤半p電”新能源公交車的控制核心采用了美國TI數(shù)字控制器，以FPGA（現(xiàn)場可編程邏輯門陣列）構(gòu)成邏輯控制部件。采用了高速數(shù)字處理技術(shù)和可編程的邏輯處理器件，因此，系統(tǒng)的處理能力和可靠性得到了有效的提高，一些組合的算法控制實(shí)現(xiàn)了具有模塊化和結(jié)構(gòu)化的特征和功效，整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)趨于精簡，車輛的可靠性得到了提高。

為了進(jìn)一步優(yōu)化控制系統(tǒng)，克服電磁干擾造成的損害，整車CAN總線采用了光纖通訊的線路，從而使EMC（電磁兼容性）的指標(biāo)進(jìn)一步優(yōu)化?！半p電”公交車的內(nèi)部所有工作模塊，包括電池管理系統(tǒng)模組，都是建立在CAN總線光纖通訊的架構(gòu)上，所有的功能部件都經(jīng)過模塊化結(jié)構(gòu)處理；而對(duì)外通訊功能，該車可借助遠(yuǎn)程終端設(shè)備，實(shí)現(xiàn)GPRS無線互聯(lián)網(wǎng)構(gòu)架下的動(dòng)態(tài)監(jiān)控監(jiān)管模式。大量先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用，讓“雙電”新能源公交車的智能化、可靠性得到了進(jìn)一步的強(qiáng)化。

自2013年，22輛上海萬象大宇“雙電”新能源公交車在787路上正式服役以來，車輛的可靠性一直表現(xiàn)出色。截至目前，公司共引進(jìn)70輛“雙電”公交車，分布在多條營運(yùn)線路。

網(wǎng)上實(shí)時(shí)監(jiān)測，保證車輛安全

新能源公交車還尚屬于新生事物，它的安全始終牽動(dòng)著用戶的心。在安全方面，每一輛 “雙電”公交車的電池電壓、溫度、里程等數(shù)據(jù)都能實(shí)時(shí)顯示在儀表盤上，當(dāng)電池出現(xiàn)溫度過高、電壓不穩(wěn)時(shí)，車內(nèi)會(huì)閃光、蜂鳴提醒駕駛員。另外，監(jiān)測中心也能第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)狀況。整車在運(yùn)行過程中，所有的部件動(dòng)態(tài)過程都受數(shù)據(jù)中心平臺(tái)監(jiān)控，除了車輛運(yùn)行軌跡能動(dòng)態(tài)顯示外，包括所有電池的性能特征、車載核心零部件的運(yùn)行狀態(tài)都能逐一清晰顯示。

對(duì)于鋰電池，數(shù)據(jù)中心可以對(duì)其進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)控和實(shí)時(shí)管理，后臺(tái)數(shù)據(jù)功能模塊經(jīng)過分析，能給予最優(yōu)的維護(hù)布局和建議。如果某塊電池出現(xiàn)“亞健康狀態(tài)”，系統(tǒng)將在第一時(shí)間作出響應(yīng)，提示維護(hù)人員注意電池安全。

目前，上南公交高科西路新能源車停車場共有41個(gè)充電樁，可供70輛新能源車進(jìn)行日常充電。在車輛充電泊位管理方面，上南公交針對(duì)電動(dòng)公交車也開發(fā)出了一套集公交車輛充電管理、場地車輛精確停放、進(jìn)出場管理、駕駛員管理、車輛維修管理等一體的智能公交停車場管理系統(tǒng)，大大提高了電動(dòng)公交車停車場管理的效率。