超級(jí)電容車與純電動(dòng)公交車適用條件分析

彭慶艷

（上海市城市建設(shè)設(shè)計(jì)研究總院（集團(tuán)）有限公司，上海 200125）

超級(jí)電容車與純電動(dòng)公交車適用條件分析

彭慶艷

（上海市城市建設(shè)設(shè)計(jì)研究總院（集團(tuán)）有限公司，上海 200125）

超級(jí)電容車、純電動(dòng)公交車作為低碳交通發(fā)展趨勢(shì)，目前已開(kāi)始運(yùn)用于城市公交中。本文總結(jié)了現(xiàn)有案例的車輛性能、設(shè)施配套及運(yùn)行情況，分析了在中心區(qū)內(nèi)部公交、組團(tuán)之間聯(lián)系不同功能的公交，在不同的交通條件、發(fā)車頻率、公交站距情況下，超級(jí)電容車、純電動(dòng)公交車的適用條件。

超級(jí)電容車；純電動(dòng)公交車；適用條件

1 清潔能源公共汽車發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 低碳公交

城市交通所消耗的能源及產(chǎn)生的碳排放占城市總量的三成以上，優(yōu)先發(fā)展公共交通作為我國(guó)的交通策略之一，已成為緩解城市交通擁堵、節(jié)能減排的主要手段。在公共交通組成中，地鐵、有軌電車使用電作為能源，能夠?qū)崿F(xiàn)零排的要求，缺點(diǎn)是建設(shè)代價(jià)高，站點(diǎn)覆蓋率低；常規(guī)公交具有費(fèi)用低、運(yùn)行更靈活的優(yōu)點(diǎn)，如何改善常規(guī)公交的能源方式，是“低碳交通”更為關(guān)注的問(wèn)題。

1.2 現(xiàn)有清潔能源公交車輛

公交車輛的新能源技術(shù)，包括天然氣、二甲醚、混合動(dòng)力、燃料電池、蓄電池、超級(jí)電容等[1]。目前北京、上海、廣州等大中城市已經(jīng)將多種新能源車輛應(yīng)用于在運(yùn)行的公交線路中。特別是在奧運(yùn)會(huì)、世博會(huì)之后，電動(dòng)公交車逐漸成為主要的發(fā)展趨勢(shì)。

1.3 常規(guī)公交構(gòu)成

從車型角度，常規(guī)公共汽車有小型、中型、大型、特大型（鉸接）、雙層公共汽車[2]。從服務(wù)對(duì)象，常規(guī)公交有對(duì)外公交、內(nèi)部公交；從運(yùn)行路線，有固定線路和非固定線路；從運(yùn)行區(qū)域，有城區(qū)公交和區(qū)域公交。

2 超級(jí)電容車應(yīng)用現(xiàn)狀

2.1 案例分析

上海市由“老西門－老西門”環(huán)游老城區(qū)運(yùn)行的11路，是首條超級(jí)電容公交商業(yè)示范線（圖1）。設(shè)站10處，線路長(zhǎng)5.2km，2006年8月開(kāi)始運(yùn)行，目前擁有17輛車。

圖1 上海公交11路超級(jí)電容車

2010年上海世博會(huì)浦東園區(qū)內(nèi)部的世博大道線，設(shè)站12處，單向線路長(zhǎng)2.3km，先后投用超級(jí)電容車61輛，運(yùn)送客流3642萬(wàn)人次（圖2）。

圖2 世博大道線超級(jí)電容車

上海世博會(huì)退役的超級(jí)電容車中，25輛轉(zhuǎn)入公交26路、8輛加盟公交11路，剩余車輛在浦明路（世博大道線）繼續(xù)運(yùn)行，或是投放至香港公交。

2.2車輛性能與場(chǎng)站

2.2.1車輛性能

超級(jí)電容公交車具有“零”排放、高效率、低噪音的優(yōu)點(diǎn)。車載的超級(jí)電容具有大電流快速充放電特性、提供很大的瞬時(shí)放電功率，具有循環(huán)壽命長(zhǎng)、工作電壓和溫度范圍寬（-40℃至+60℃）、便于電能回收等優(yōu)點(diǎn)。

車內(nèi)電傳動(dòng)系統(tǒng)采用交流驅(qū)動(dòng)，牽引電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕，維護(hù)量小，可靠性高，同時(shí)具有良好的牽引特性，充分滿足車輛的運(yùn)行需要，具有再生制動(dòng)功能，在下坡或減速時(shí)，可實(shí)現(xiàn)能量回收，降低制動(dòng)摩擦片產(chǎn)生的粉塵污染，減少壓縮機(jī)的使用與電能消耗，降低車輛運(yùn)行噪聲。上海世博會(huì)超級(jí)電容車車輛參數(shù)和動(dòng)力參數(shù)見(jiàn)表1、表2。

表2 上海世博會(huì)超級(jí)電容車動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)表

2.2.2配套場(chǎng)站

車輛需在中途站和停車場(chǎng)配套自動(dòng)快速充電站（也稱智能充電站），在線路一定距離內(nèi)配套整流站（圖2、圖3）。

2.3 存在的主要問(wèn)題

超級(jí)電容車具有快速大電流充電，運(yùn)行成本低等優(yōu)點(diǎn)，但也遇到了一些問(wèn)題：

（1）車站充電時(shí)間長(zhǎng)。有時(shí)上下客完畢還需停車充電，充電頻繁，線路運(yùn)行速度低，早晚高峰乘客抱怨多。若不及時(shí)充電，車輛會(huì)直接鎖死，“重啟”費(fèi)用高（目前上海為500元）。

圖3 中途站充電站、停車場(chǎng)充電站

圖4 超級(jí)電容車整流站

（2）車站充電時(shí)應(yīng)對(duì)復(fù)雜路況能力不足。車站處若停留車較多，電容車無(wú)法進(jìn)站充電；停車位置需要準(zhǔn)確，以便受電弓能和充電網(wǎng)接上；有時(shí)充電站下有堆物也無(wú)法充電；由于車輛較普通車輛高20cm，進(jìn)出站時(shí)會(huì)擦碰到線網(wǎng)附近的大樹(shù)；有的站臺(tái)較短，不利于車輛進(jìn)出；

（3）惡劣天氣運(yùn)行保障低。遇到打雷，為保證安全，不能在乘客上下車的時(shí)候充電；高溫天氣易出現(xiàn)電容器溫度過(guò)高等問(wèn)題，需要設(shè)法降溫。

（4）車輛成本高。目前一輛超級(jí)電容車的造價(jià)為80萬(wàn)元（上海公交11路）、150萬(wàn)元（世博豪華型款式），比普通車輛高1倍。

2.4 適用條件

（1）線路長(zhǎng)度。線路與站點(diǎn)固定的公交線路，線路長(zhǎng)度不宜大于12km；或是線路長(zhǎng)度小于2km的短途大客流接駁公交、小區(qū)公交；機(jī)場(chǎng)、碼頭、展覽中心等專線客運(yùn)系統(tǒng)[3]。

（2）站距與發(fā)車頻率。站距較小，500～800m左右；發(fā)車頻率較高，3～15min。也可多條線路共用充電站，充電架的數(shù)量需根據(jù)車站總服務(wù)車輛數(shù)確定。

（3）交通狀況?？土髁枯^大的老城區(qū)或是中心城區(qū)，交通較為擁堵，站點(diǎn)乘客上下客多、停站時(shí)間長(zhǎng)。

3 純電動(dòng)公交車應(yīng)用現(xiàn)狀

3.1 案例分析

北京公交121路是我國(guó)最早的純電動(dòng)公交線。設(shè)站20處，線路長(zhǎng)12.8km，2005年6月開(kāi)始運(yùn)行，先后投放車輛19輛。原純電動(dòng)公交車已停止運(yùn)行，取而代之的是新型純電動(dòng)車和混合動(dòng)力公交車。

2008年北京奧運(yùn)會(huì)期間投入了50輛純電動(dòng)公交車，在奧運(yùn)村、媒體村、北部賽區(qū)等核心區(qū)域24h不間斷運(yùn)行，為國(guó)際奧委會(huì)官員、各國(guó)運(yùn)動(dòng)員和媒體記者等提供出行服務(wù)。奧運(yùn)會(huì)后，這批車有30輛投放到奧運(yùn)公交專線1路，20輛投放到長(zhǎng)安街上的觀光5號(hào)線。至 2010年2月，15輛車改投到公交81路，35輛改投到公交84路。其中84路設(shè)站21處，單向長(zhǎng)度26km，運(yùn)行時(shí)間約70min。

2010年上海世博會(huì)園區(qū)內(nèi)部的越江線，設(shè)站11處，單向線路長(zhǎng)14km，共投用純電動(dòng)車120輛，累計(jì)運(yùn)送客流5281萬(wàn)人次。上海公交20路、28路、604路也是采用純電動(dòng)車，825路采用電池-電容混合動(dòng)力車（圖5、圖6）。

圖5 世博越江線純電動(dòng)車

圖6 上海公交825路電池－電容混合動(dòng)力車

3.2 車輛性能與場(chǎng)站

3.2.1車輛性能

上海世博純電動(dòng)公交車是由上海汽車下屬商用車技術(shù)中心研發(fā)，由申沃客車生產(chǎn)的零排放低入口公交車。該車動(dòng)力系統(tǒng)采用交流異步電動(dòng)機(jī)和與之相配套的電機(jī)控制器，主電源采用鋰動(dòng)力電池，并帶有自動(dòng)檢測(cè)功能的能量管理系統(tǒng)，使整車動(dòng)力性能較好，具有力矩大、效率高、工作安全可靠等優(yōu)點(diǎn)。主要參數(shù)見(jiàn)表3、表4。

表3 上海世博會(huì)純電動(dòng)車參數(shù)表

表4 上海世博會(huì)純電動(dòng)車動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)表

3.2.2 配套站場(chǎng)

需配套專門的充電站和維修站，停車場(chǎng)可與普通公交共用。

世博園內(nèi)白蓮涇純電動(dòng)公交車運(yùn)營(yíng)保障站，設(shè)有純電動(dòng)公交車專用充電站廠房、維修廠房、檢修廠房和綜合辦公房各1幢，以及可停放120輛純電動(dòng)客車的場(chǎng)地（圖7）。

圖7 世博純電動(dòng)車充電站內(nèi)、外部情況

純電動(dòng)公交車充電站通過(guò)專用充電架和快換電池專用機(jī)器人，可為純電動(dòng)公交車的電池進(jìn)行快換充電。專用維修廠房和檢修廠房，可同時(shí)為2輛純電動(dòng)公交車進(jìn)行維修和整車充電，并可為2輛純電動(dòng)公交車進(jìn)行日常的檢查、維護(hù)。檢修廠房?jī)?nèi)設(shè)有辦公室、備件庫(kù)及休息室等。

世博充電站廠房面積3400m2，備用電池及存儲(chǔ)架數(shù)量112套，快速更換設(shè)備數(shù)量8套，充電機(jī)數(shù)量392套（9kW）、112套（30kW），變配電設(shè)備4×2000kVA、1×800kVA。

奧運(yùn)充換電站占地5000m2，位于北土城站，操作區(qū)域可同時(shí)為2輛12m電動(dòng)客車快換電池（圖8）。

圖8 北京北土城站電動(dòng)車充電站

3.3 存在的主要問(wèn)題

純電動(dòng)公交車具有運(yùn)行成本低、速度高等優(yōu)點(diǎn)，但也遇到一些問(wèn)題：

（1）充電站占地大。充電站需要5000 m2以上面積，在中心城區(qū)用地緊張的情況下難以找到合適用地。

（2）電池壽命短，報(bào)廢速度快，費(fèi)用高。公交車用鋰電池通常在40～60萬(wàn)元之間，而使用壽命僅4年左右，有的實(shí)際只有2年。

（3）續(xù)駛里程短。車輛只有100km左右的續(xù)駛里程，使得運(yùn)營(yíng)中間必須更換電池，一方面換電池需要10min以上的時(shí)間，另一方面還要購(gòu)買備用電池，更增加了費(fèi)用。

3.4 適用條件

（1）線路與站點(diǎn)固定或不固定的公交線路；

（2）線路長(zhǎng)度較長(zhǎng)；站距較大，發(fā)車頻率較低的郊區(qū)線路或組團(tuán)城市各組團(tuán)之間的連接線；

（3）小城市，交通不擁堵的路況；

（4）長(zhǎng)大隧道、橋梁，布設(shè)超級(jí)電容車中途充電站困難的電車線路。

4 上海嘉定新城的應(yīng)用研究

嘉定新城由嘉定主城區(qū)、安亭、南翔3個(gè)組團(tuán)組成，規(guī)劃人口80萬(wàn)，組團(tuán)之間間距10～20km。嘉定區(qū)公交體系分為軌道交通、快速公交（BRT）、常規(guī)公交、出租車四種模式和層次，常規(guī)公交線網(wǎng)依據(jù)服務(wù)于不同距離的出行，可分為跨區(qū)（或組團(tuán)）公交線網(wǎng)、區(qū)（或組團(tuán)）間公交線網(wǎng)和區(qū)（或組團(tuán)）內(nèi)公交線網(wǎng)三個(gè)層次。

選擇嘉定新城主城中心區(qū)內(nèi)部公交環(huán)路采用超級(jí)電容車，線路全長(zhǎng)約11km，設(shè)站15處；選擇安亭組團(tuán)至嘉定主城的嘉安2線與安亭組團(tuán)至南翔組團(tuán)的嘉定7路采用純電動(dòng)公交車，線路全長(zhǎng)分別為14km、18km；在安亭汽車城規(guī)劃1處充電站，初期面積5000m2，可供30～50輛純電動(dòng)車用。

[ 1 ] 何藹.新能源技術(shù)在上海公交客車上的應(yīng)用 [J].城市車輛,2009.

[ 2 ] 城市公共交通分類標(biāo)準(zhǔn).CJJ/T114-2007.

[ 3 ] 華黎.超級(jí)電容公交車系統(tǒng)的原理和商業(yè)模式探索[J].能源技術(shù) , 2008.

Analysis on Applicable Condition of Super capacitor and Pure electric vehicles

Peng Qingyan
（Shanghai Urban Construction Design and Research General Institute (Group) Co., Ltd.，Shanghai 200125）

Super capacitor and Pure electric vehicles as low-carbon transportation trends, is being used in urban transportation.This paper summarizes the performances of existing cases of new energy vehicles, facilities and operation suitation.Analyze the different function of public transportation between the the internal bus and group connection bus in the central of the city.Analyze the application condition of Super capacitor vehicle and Pure electric vehicle under different traff i c, departure frequency and bus-stop spacing conditions.

Super capacitance bus; Pure electric buses; Applicable condition

U469.72

A