增程式電動客車運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性分析

鐘文浩，黃紅良

（1.惠州經(jīng)濟(jì)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東 惠州　516057；2.惠州億緯鋰能股份有限公司電源系統(tǒng)事業(yè)部，廣東 惠州　516006）

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增程式電動客車運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性分析

鐘文浩1，黃紅良2

（1.惠州經(jīng)濟(jì)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東 惠州516057；2.惠州億緯鋰能股份有限公司電源系統(tǒng)事業(yè)部，廣東 惠州516006）

摘要：增程式電動汽車除了安全可靠性外，能否在公交領(lǐng)域得到大規(guī)模推廣應(yīng)用，增程式電動客車的運(yùn)行成本，即運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性的優(yōu)勢是非常關(guān)鍵的。本文通過測試不同條件下增程式電動客車運(yùn)營油耗及節(jié)油率，與混合動力模式、LNG、燃油車的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行對比，得出在現(xiàn)有政府補(bǔ)貼情況下，9.2m增程式電動客車使用期內(nèi)累計(jì)使用成本最低，較燃油車相比要低39.8萬元，在沒有政府補(bǔ)貼情況下，與燃油車相比也要低4.8萬元，經(jīng)濟(jì)性突出，適合規(guī)模化推廣的結(jié)論。

關(guān)鍵詞：增程式電動客車；運(yùn)行；經(jīng)濟(jì)性；分析

電動車徹底改變傳統(tǒng)燃油車的能源系統(tǒng)，除了需要考慮這一徹底改變帶來的安全可靠性問題外，還需要考慮其運(yùn)行成本。本文將從增程式電動客車的實(shí)際節(jié)油率入手，分析增程式電動客車的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。

1　增程式電動客車 （型號：GZ6922PHEV）節(jié)油率

1.15000km耐久試驗(yàn)油耗

1.1.1試驗(yàn)條件

載荷種類：砂袋、試驗(yàn)人員；裝載形式：按模擬乘客在車內(nèi)情況分配砂袋；空載：200 kg（試驗(yàn)人員）；半載：1 500 kg（砂袋）+200 kg（人員）。道路條件：樣車試驗(yàn)道路以惠州市內(nèi) （包括惠城區(qū)、仲愷高新區(qū)、博羅縣、惠東縣、龍門縣、惠陽等）國道、省道的水泥路面為主，以山路、鄉(xiāng)村道路以及坑洼的泥路為輔。試驗(yàn)時(shí)間：2013年3月21開始，至2013年5 月30日結(jié)束。運(yùn)行模式：樣車以混合動力模式運(yùn)行。

1.1.2空載耐久試驗(yàn)油耗

在空載、不開空調(diào)、混合動力模式條件下，油耗統(tǒng)計(jì)見表1，計(jì)算得到平均油耗：18.3L／百公里。

表1　空載、不開空調(diào)、混合動力模式條件下油耗

1.1.3半載 （1.5t）耐久試驗(yàn)油耗

在半載 （1.5 t）、不開空調(diào)、混合動力模式條件下，油耗統(tǒng)計(jì)見表2，計(jì)算得到平均油耗：20 L／百公里。因沒有對比車輛同時(shí)運(yùn)行，因此，無法得出耐久試驗(yàn)條件下的節(jié)油率。

表2　半載 （1.5t）、不開空調(diào)，混合動力模式條件下油耗

1.22500km模擬公交路試節(jié)油率

1.2.1試驗(yàn)條件

載荷類型：砂袋、全程空調(diào)、試驗(yàn)人員 （3人）、維修備件；裝載形式：按軸荷分配砂袋，布置于車廂內(nèi)；加載質(zhì)量：1 500 kg+180 kg（人員）；模擬公交：322公交線路從仲凱高新園區(qū)龍旗電子廠，途經(jīng)陳江人流密集區(qū)到潼僑工業(yè)區(qū)共40站點(diǎn)，單趟44km，平均停車次數(shù)為60次，一天運(yùn)行2趟。運(yùn)行模式：增程式模式。運(yùn)行時(shí)間：從2013年6月17日開始，至2013年7 月16結(jié)束。運(yùn)行天氣狀況：以晴、多云、暴雨天氣為主，平均最高氣溫34℃。

1.2.2模擬公交路試平均電耗

因模擬公交路試，一天只運(yùn)行2趟 （322公交實(shí)際運(yùn)行5～6趟），中間利用外接充電，因此，統(tǒng)計(jì)油耗是不科學(xué)的。公交路試運(yùn)行過程中的電耗是通過APU充電量和外接充電量計(jì)算得來，能最準(zhǔn)確體現(xiàn)模擬公交路試的能耗。表3是運(yùn)行電耗統(tǒng)計(jì)表，計(jì)算得出平均電耗：82.5kW·h／百公里。

表3　運(yùn)行電耗統(tǒng)計(jì)表

1.2.3發(fā)電量與耗油量的關(guān)系

通過5000km耐久試驗(yàn)、2500km模擬公交路試中每天的APU充電量與油耗量的關(guān)系，如圖1所示，通過直線模擬得到1L柴油發(fā)電2.83kW·h。

圖1　APU充電量與耗油量的關(guān)系圖

1.2.4對比車輛 （322線路傳統(tǒng)燃油車）油耗

1）對比車輛差異系數(shù)仲愷高新區(qū)322線路傳統(tǒng)燃油車車長是7.7 m（型號：KLQ6770G），其油耗與9.2m燃油車存在差異，其總備質(zhì)量和空調(diào)制冷是主要影響因素。對比分析：①根據(jù)動能定律E=1／2mv2，能量消耗與質(zhì)量成正比，如表4所示，9.2m整車總質(zhì)量與7.7m差異系數(shù)為0.21；②空調(diào)制冷耗能差異主要受制冷容積差異影響，而空間主要由車長差異決定，故兩者之間的差異系數(shù)為0.15；③因空調(diào)耗能占總耗能的20％左右，總質(zhì)量和空調(diào)制冷空間影響因子分別為0.8和0.2；④計(jì)算兩者差異系數(shù)為：1-（0.21×0.8+0.15× 0.2）=0.81。

表4　9.2m燃油車與7.7m燃油車的差異系數(shù)

2）9.2m燃油車油耗根據(jù)仲愷公交提供的322線路7.7m燃油車油耗統(tǒng)計(jì)，如表5所示，可得出平均油耗是：30.9L／百公里。

根據(jù)9.2m與7.7m差異系數(shù)0.81計(jì)算，得出9.2m燃油車的平均油耗是：38.1L／百公里。

1.2.5模擬公交路試節(jié)油率

1）混合動力模式的節(jié)油率半載 （1.5t）、全程空調(diào)開啟、混合動力模式下，平均電耗是：82.5kW·h／百公里，由APU系統(tǒng)柴油發(fā)電率為2.83kW·h／L計(jì)算得到，平均油耗是：29.1L／百公里。對比車輛的平均油耗是：38.1L／百公里，計(jì)算得出節(jié)油率為：23.6％。

2）增程式模式的節(jié)油率半載 （1.5t）、全程空調(diào)開啟、增程式模式 （估算條件：一天運(yùn)行264 km，單趟44 km，中間以17kW的功率充電15 min，晚上充電25.6kW·h下，平均電耗217.8 kW·h，外接充電46.8kW·h，則由APU系統(tǒng)供電171kW·h，計(jì)算平均耗油：22.9L／百公里。對比車輛的平均油耗是：38.1L／百公里，計(jì)算得出節(jié)油率為：39.9％。

表5　322線路燃油車 （7.7m）油耗

1.3仲愷高新區(qū)322線路載客運(yùn)營節(jié)油率

1.3.1試驗(yàn)條件

運(yùn)營周期：運(yùn)營時(shí)長15天，從2013年9月8日到9 月22日，其中8天采用混合動力模式運(yùn)行，7天采用增程式模式運(yùn)行。運(yùn)營線路：仲愷高新區(qū)322公交線路，單程22km，共計(jì)40個(gè)站點(diǎn)，從龍旗電子廠 （龍旗）到潼僑工業(yè)區(qū)，在行駛過程中，可根據(jù)乘客的需求?？?，最高峰可停靠60次左右。運(yùn)營排班：6∶40首發(fā)，運(yùn)行12個(gè)單程，行程約264km，運(yùn)行時(shí)間15h。

1.3.2混合動力模式下的節(jié)油率

通過8天的混合動力模式載客運(yùn)營，統(tǒng)計(jì)得到平均油耗：28.6 L／百公里，如表6所示。對比車輛的平均油耗是：38.1 L／百公里，計(jì)算得出實(shí)際節(jié)油率為：24.9％。

混合動力模式下，實(shí)際的節(jié)油率 （24.9％）與模擬公交運(yùn)行所得到的節(jié)油率 （23.6％）相當(dāng)，這也佐證兩者數(shù)據(jù)的可靠性。

1.3.3增程式模式下的節(jié)油率

根據(jù)7天增程式模式載客運(yùn)營，統(tǒng)計(jì)得到平均油耗：22.8L／百公里，同時(shí)平均電耗：17.1 kW·h／百公里，如表7所示。對比車輛的平均油耗是：38.1 L／百公里，計(jì)算得出實(shí)際節(jié)油率為：40.1％。

增程式模式下，實(shí)際的節(jié)油率 （40.1％）與模擬公交運(yùn)行所得到的節(jié)油率 （39.9％）非常接近，佐證模擬公交運(yùn)行，設(shè)計(jì)出的增程模式運(yùn)行方案是合理的。

表6　混合動力模式下載客運(yùn)營油耗統(tǒng)計(jì)

表7　增程式模式下載客運(yùn)營油耗統(tǒng)計(jì)

1.4惠州7路公交載客運(yùn)營節(jié)油率

1.4.1試驗(yàn)條件

運(yùn)營周期：運(yùn)營時(shí)長15.5天，從2013年11月13日開始運(yùn)營，11月29日結(jié)束。運(yùn)營線路：惠州7路公交線路，全程25km，共計(jì)56個(gè)站點(diǎn)，從惠州學(xué)院到田家炳中學(xué)。運(yùn)營排班：5∶50出發(fā)，運(yùn)行16個(gè)單程，行程約200km，運(yùn)行時(shí)間16h以上。

1.4.2對比車輛油耗

惠州市7路線公交線路采用國內(nèi)某大型客車廠8.5m液化天然氣 （LNG）客車，因增程式電動客車采用柴油發(fā)電，因此需要將8.5mLNG車的百公里耗氣量折算成油耗 （以0#柴油進(jìn)行折算）。

以標(biāo)準(zhǔn)煤的熱值 （7 000 kCal／kg）作為基礎(chǔ)，計(jì)算出1L0#柴油與1kg液化天然氣之間的差異系數(shù)。

1標(biāo)方天然氣熱值是8300kCal，相當(dāng)于1.186kg標(biāo)準(zhǔn)煤。1kg液化天然氣相當(dāng)于1.42標(biāo)方天然氣 ［計(jì)算方法：標(biāo)準(zhǔn)狀況下，液化天然氣密度是0.45g／cm3（中海油官方數(shù)據(jù)），即1m3液化天然氣質(zhì)量是0.45t，1m3液化天然氣氣化600m3天然氣，可計(jì)算得出1kg液化天然氣相當(dāng)于1.333標(biāo)方天然氣］，因此，1kg天然氣相當(dāng)于1.581kg標(biāo)準(zhǔn)煤。1L 0#柴油的熱值是8 160 kCal，相當(dāng)于1.166kg標(biāo)準(zhǔn)煤。

通過1L0#柴油、1kg天然氣與標(biāo)準(zhǔn)煤的對比，可得出兩者之間的差異系數(shù)：1kg天然氣相當(dāng)于1.356L 0#柴油。

惠州7路公交線路LNG車耗氣量 （統(tǒng)計(jì)日期：2013 年2月，統(tǒng)計(jì)車輛數(shù)量：10輛）詳見表8。通過天然氣與柴油的差異系數(shù)，可折算出平均油耗38.1L／百公里。

表88.5m LNG車氣耗統(tǒng)計(jì)

1.4.3增程式電動客車運(yùn)營油耗與電耗統(tǒng)計(jì)

9.2m增程式電動客車 （型號：GZ6922PHEV）在惠州7路公交線路上實(shí)際耗油量與耗電量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)詳見表9。通過統(tǒng)計(jì)，運(yùn)行過程中充電總計(jì)105.2kW·h，平均百公里油耗為22.8L，補(bǔ)電3.8kW·h。

1.4.4混合動力模式節(jié)油率

因9.2m增程式電動客車在7路線路上運(yùn)營過程中不進(jìn)行外界充電，僅收班后進(jìn)行少量的外界補(bǔ)電，因此，需要將實(shí)際的補(bǔ)電折算為油耗，才能得出真實(shí)的混合動力模式油耗。

實(shí)際補(bǔ)電3.8 kW·h／百公里，根據(jù)1.2.3中，1 L柴油發(fā)電2.83kW·h，如果折算成柴油，需要耗油是1.3L／百公里，因此，混合動力模式條件下油耗是24.1L／百公里，節(jié)油率為36.7％，相對于322線路實(shí)際載客運(yùn)行節(jié)油率 （24.9％）有較大的提高。增程式電動客車最適合在復(fù)雜的城市公交工況運(yùn)行，起停次數(shù)越頻繁，低速運(yùn)行區(qū)域越大，運(yùn)行節(jié)油率越明顯。兩者對比分析如下。

1）擁堵程度差異322路在仲愷高新區(qū)內(nèi)運(yùn)行，大部分行駛在市郊，擁堵程度比較少。7路在惠州市核心區(qū)內(nèi)運(yùn)行，人流量較大，擁堵程度非常嚴(yán)重，起停也非常頻繁。

2）車速差異322路、7路車速統(tǒng)計(jì)見圖2。從圖2中可以看出，322線路車速較高，集中在12～18km／h之間；7路線路停車時(shí)間較多，車速較慢，其中在5～ 12km／h之間。

表9　GZ6922PHEV運(yùn)營油耗與電耗統(tǒng)計(jì)表

圖2　惠州公交運(yùn)行車速統(tǒng)計(jì)

通過以上分析，惠州7路公交工況較仲愷322線路復(fù)雜，起停次數(shù)較多、車速較慢，因此，7路公交的節(jié)油率要高。

1.4.5增程式模式節(jié)油率預(yù)估

因7路公交運(yùn)行起點(diǎn)沒有充電條件，因此，根據(jù)混合動力模式條件下的油耗，對9.2m增程式電動客車增程式模式條件下的油耗進(jìn)行預(yù)估。

增程式模式運(yùn)行條件：每天運(yùn)行8趟，每趟充電15 min（充電電壓530 V，電流30 A），收班后充滿（40％充電至90％）。

每天運(yùn)行200km，混合動力模式條件下耗油48.2L，增程式模式運(yùn)行過程中充電量為53 kW·h，折算省油為18.7 L，因此，增程式電動模式條件下，百公里油耗為14.7L，百公里補(bǔ)電為26.5kW·h，計(jì)算得出在復(fù)雜的城市公交線路運(yùn)行，增程式模式條件的節(jié)油率為61.4％。

2　9.2m增程式電動客車經(jīng)濟(jì)性分析

2.1燃料成本節(jié)省

2.1.1混合動力模式燃料成本節(jié)省

GZ6922PHEV公交車運(yùn)行條件：7.2萬公里／年（每天運(yùn)行200km，每年運(yùn)行360天），運(yùn)行8年。9.2m增程式電動客車油耗：24.1 L／百公里，對比車型油耗：38.1 L／百公里，以油價(jià)8元／L計(jì)算得出，與傳統(tǒng)燃油車相比，混合動力模式運(yùn)行，燃料成本節(jié)省64.8萬元，見表10。

表10　混合動力模式條件下使用年限內(nèi)燃料成本節(jié)省　萬元

2.1.2增程式模式燃料成本節(jié)省

GZ6922PHEV公交車運(yùn)行條件：7.2萬公里／年（每天運(yùn)行200km，每年運(yùn)行360天），運(yùn)行8年。9.2m增程式電動客車油耗：14.7 L／百公里，電耗：26.5 kW·h／百公里，對比車型油耗：38.1L／百公里，以油價(jià)8元／L、電價(jià)0.7元／kW·h計(jì)算得出，與傳統(tǒng)燃油車相比，以增程式模式運(yùn)行，燃料成本節(jié)省97.6萬元，見表11。

表11　増程式模式條件下使用年限內(nèi)燃料成本節(jié)省　萬元

2.29.2m增程式電動客車運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性分析

影響電動客車運(yùn)行成本的主要因素有三方面：能耗成本、整車購置成本以及電池更換成本。能耗成本按照耗油與耗電 （柴油價(jià)格按照7.7元／L，電價(jià)按照0.7元／kW·h）計(jì)算，百公里能耗均來自實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)；整車成本按整車購置成本 （售價(jià)減去政府補(bǔ)貼）來計(jì)算；增程式電動車電池使用期為4年來計(jì)算。結(jié)合三方面的因素，對9.2m增程式電動客車混合動力模式、增程式模式以及9.2m燃油車經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行分析，見表12。

表12　不同類型的客車 （9.2m）運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性對比

根據(jù)使用期內(nèi)累計(jì)使用成本的比較結(jié)果顯示，增程式電動客車以混合動力模式運(yùn)行，其使用期內(nèi)累計(jì)使用成本要比燃油車低8.2萬元；以增程式模式運(yùn)行，因節(jié)油率優(yōu)勢明顯，其使用期內(nèi)累計(jì)使用成本要比燃油車低39.8萬元，經(jīng)濟(jì)性突出。

即使沒有政府補(bǔ)貼，增程式電動客車以增程式模式運(yùn)行，其使用期內(nèi)累計(jì)使用成本也要比燃油車低4.8萬元，適合大規(guī)模推廣。

3　10.5m增程式電動客車經(jīng)濟(jì)性預(yù)估

3.110.5m油電增程式電動客車經(jīng)濟(jì)性預(yù)估

表13是10.5m油電增程式電動客車EREV與純電動EV、燃油車、混合動力車HEV、LNG車經(jīng)濟(jì)性對比。其中燃油車、HEV、EREV的能耗是由9.2 m車 （混合動力節(jié)油率為36.7％、增程式模式充電25.6kW·h／百公里）類比而來，EV、HEV（節(jié)油率按20％計(jì)算）、LNG的數(shù)據(jù)取行業(yè)內(nèi)平均水平。

從表13中可以看出，在現(xiàn)有的政府補(bǔ)貼情況下，使用期內(nèi)累計(jì)使用成本，增程式最低，其次是LNG客車、混合動力客車和燃油車，純電動客車使用成本最高。其中增程式電動客車使用期內(nèi)累計(jì)使用成本比燃油車低75.6萬元，即使在沒有政府補(bǔ)貼的情況下，10.5m增程式電動客車也比燃油車低12.6萬元，經(jīng)濟(jì)性較9.2m增程式電動客車有相應(yīng)提升。

表13　不同類型的客車（10.5m油電）運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性對比

3.210.5m氣電增程式電動客車經(jīng)濟(jì)性預(yù)估

表14是10.5m氣電增程式電動客車EREV與氣電插電式PHEV、LNG客車的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性對比，其中氣電EREV按照9.2m類比而來，氣電HEV節(jié)油率按行業(yè)內(nèi)平均水平20％計(jì)算，LNG的數(shù)據(jù)取行業(yè)平均水平。

從表14中可以看出，10.5m氣電增程式電動客車的使用期內(nèi)累計(jì)使用成本最低，其次是LNG插電式混合動力客車，LNG客車?yán)塾?jì)使用成本最高。在現(xiàn)有政府補(bǔ)貼情況下，氣電增程式電動客車比LNG車低32.1萬元，比燃油車低86.3萬元，經(jīng)濟(jì)性更為突出。增程式電動客車以純電驅(qū)動方式行駛，更接近國家大力鼓勵(lì)發(fā)展的純電動車，因此，大力發(fā)展氣電增程式電動客車將有利于新能源汽車的市場推廣，更符合政府引導(dǎo)方向。

表14　不同類型的客車 （10.5m氣電）運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性對比

4　總結(jié)

1）測試了不同條件下增程式電動客車運(yùn)營油耗及節(jié)油率。

5000km耐久測試，混合動力模式下，空載、半載條件，油耗分別為18.3L／百公里、20L／百公里。

仲愷高新區(qū)322線路 （市郊線路）實(shí)載運(yùn)營，混合動力、增程式模式條件，油耗 （或油耗與電耗）分別為：28.6L／百公里、22.8 L+17.1 kW·h／百公里；節(jié)油率分別為：24.9％、40.1％。

惠州7路公交 （復(fù)雜城市線路）實(shí)載運(yùn)營，混合動力、增程式模式的油耗 （或油耗與電耗）分別為：24.1L／百公里、14.7L+25.6kW·h／百公里；節(jié)油率分別為：36.7％、61.4％。

2）現(xiàn)有政府補(bǔ)貼情況下，9.2m增程式電動客車使用期內(nèi)累計(jì)使用成本最低，較燃油車相比要低39.8萬元。在沒有政府補(bǔ)貼情況下，與燃油車相比也要低4.8萬元，經(jīng)濟(jì)性突出，適合規(guī)模化推廣。

3）現(xiàn)有政府補(bǔ)貼情況下，10.5m氣電增程式電動客車使用期內(nèi)累計(jì)使用成本最低，較LNG車要低32.1萬元，較燃油車要低86.3萬元，經(jīng)濟(jì)性進(jìn)一步凸顯。

4）增程式電動客車以純電驅(qū)動方式行駛，更接近國家大力鼓勵(lì)發(fā)展的純電動車，因此，大力發(fā)展氣電增程式電動客車將有利于新能源汽車的市場推廣，更符合政府引導(dǎo)方向。

參考文獻(xiàn)：

［1］CJ／T 267-2007混合動力電動城市客車［S］.

（編輯楊景）

中圖分類號：U469.72

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1003－8639（2016）05－0001－06

收稿日期：2015-12-11

作者簡介：鐘文浩，男，車輛工程碩士，汽車高級講師，研究方向?yàn)槠嚈z測與維修專業(yè)教學(xué)與研究；黃紅良，男，電化學(xué)博士，研究方向?yàn)殡妱悠噭恿﹄姵叵到y(tǒng)研究與開發(fā)。

Operating Economic Analysis of Range-extended Electric Bus

ZHONG Wen-hao1，HUANG Hong-liang2
（1.Huizhou Economics and Polytechnic College，Huizhou 516057，China；2.Power system division，Huizhou EVE Energy Co.，Ltd.，Huizhou 516006，China）

Abstract：To make range-extended electric bus get large scale promotion in public area，except security and reliability，the operating economic efficiency is very critical.This paper tests the fuel consumption and fuel saving ratio of range-extended electric bus，and compares economic efficiency of it with hybrid-power，LNG and fuel-driven vehicles.The results show that，at current government subsidy rate，9.2 m range-extended electric bus has the lowest accumulated operating cost，which is￥398k lower than fuel-driven vehicles.Even without the government subsidy，its cost is still￥48k lower.Thus the range-extended electric bus is economic efficient and suitable for large scale promotion.

Key words：range-extended electric bus；operating；economic efficiency；analysis