上海公交使用混合动力客车的思考与对策

顾德昌　文

上海公交使用混合动力客车的思考与对策

顾德昌文

新的混合动力技术要以整车为平台，集成各核心零部件为系统，依靠先进的电控技术，实现对电机、转向、冷却、转动系统的有效合理控制。

Abstract

A Brief of the Application and Usage of Hybrid-power Bus in City Public Transport

This article provided an analysis of practical application of hybrid-power public buses in Shanghai, and strucutre features, operating module and advantage of hybrid-power bus as well, introducing in detail the application characteristics of hybridpower system under current public bus operating condition. Based on comparative analysis of practical application and operation, the article summarized two outstanding features of hybrid-power public bus—fuel-saving and environmnet-friend, which marked a possible development trend of hybrid-power bus technology.

随着人们环保意识的增强以及排放法规的日趋严格，电动汽车代替传统燃油汽车的趋势越来越明显，电动客车逐渐成为未来城市公交车的主流车型。目前电动客车有纯电动、混合动力和燃料电池3种类型。其中，混合动力客车又分为增程型（串联式）插电混合动力、并联式插电混合动力和混联式插电混合动力。

本文主要分析了上海公交混合动力公交客车的应用现状以及混合动力系统的结构特点、工作模式和主要优点，目的是对公交工况下混合动力系统的应用特点进行分析。在城市工况下，通过实际应用分析和对比，验证混合动力公交车的节油与环保的特点，得出今后适合城市公交系统发展使用的技术方向。

顾德昌

上海巴士第三公共交通有限公司副总经理

上海巴士三公司混合动力车辆的使用情况

从2014年开始，上海巴士三公司批量投放混合动力公交车共261辆，其中增程式混合动力（串联）80辆，并联混合动力181辆，占公司车辆总数的12.5%，累计行驶里程2 400万km，油耗29.56 L/km，平均降耗率在23%左右。

1.能耗

串联与并联式混合动力，按照能量转换损失来看，串联要比并联能耗高；但在城市工况下，由于道路拥堵，启停次数多，所以在实际应用中，春秋两季增程式全年平均油耗较并联式混合动力油耗低1.6%，但高温和低温季节要高出2%左右。主要原因是：目前的并联模式没有开启发动机自动启停功能，但在夏冬季并联式发动机在怠速状态下正好可以带动空调；而且增程式在电动空调开启后，增程器工作时间延长，特别是停车时，能耗大幅上升。根据统计数据显示，增程式全年平均油耗较并联式混合动力油耗高1.7%。

因此，我们认为现有的增程式混合动力电管理策略有待于进一步优化，APU单位能量的发电效率也是一个技术瓶颈。

2.可靠性

根据表3的统计数据可以看出，纯电动车故障率最低，增程式其次，并联式最高。导致这一结果的主要原因在于变速器换挡故障和控制干扰；而且随着使用时间的延长，其故障率必然高过柴油车。增程式由于比纯电动增加了APU及逆变器，因此故障率相对于纯电动而言要高。

从实际应用感受看，增程式和并联式2种混合动力公交车都能满足城市公交工况下的使用需求，但仍需要进一步优化、调整，CAN抗干扰功能要在开发时着重考虑。

3.安全性

从实际使用来看，动力电池的安全性一直是纯电动公交车的安全瓶颈，城市公交车的另一危险源为发动机。因此纯电动车的安全性顾虑最高，增程式次之，并联式最低。在实际使用中也发生过电池安全性事故。

4.购置成本和复杂程度

串联式和纯电动、柴油车一样只有1套驱动系统，而并联式和混联式有2套驱动系统，驱动部件、电控单元少，控制策略相对简单，宜实现。混联式对控制要求最高，因此技术上尚未完全成熟，需要进一步市场验证。从车辆购置成本看，电动车最高、混联式次之，然后依次是串联式和并联式，影响购车成本的主要因素还是搭载的动力电池容量的大小。

混合动力与纯电动客车发展分析

当前国内新能源汽车进入快速发展期，但充电基础设施建设相对于车辆发展而言仍十分滞后。虽然国家最新出台了充电设施的补贴政策，但是具体到实施还有一个过程。而插电式混合动力可以不受充电设施的限制。在无法充电的时候，只要有加油站就可以一直行驶下去，行驶里程不受充电条件的制约，具有燃油车的优势。

受动力电池的限制，目前纯电动客车在极端工况下一次充电行驶还很难达到250 km以上，而且随着电池的衰退，续驶里程还要下降。目前相当一部分城市公交线路尤其是市通郊线路运行超过250 km/天，停车场站可建设充电桩的能力不足以支持城市公交电动化的发展。解决城市环境问题、机动车尾气排放，混合动力也是一条不可替代的技术解决路线。由于各地政府对新能源客车要求和政策支持力度有所差异，因此，混合动力或纯电动公交客车应根据技术的发展和成熟度，由市场去选择，政府则在政策上进行引导鼓励。

适合城市公交的混合动力技术路线和要求

1.城市公交车对续驶里程的要求

目前国家补贴要求插电式混合动力及增程式在纯电模式下续驶里程应达到50 km，在实际应用中，为延长动力电池使用寿命，SOC使用区间最多只有50%，甚至只有10%。城市公交车每天平均营运200 km，利用外接电源充电可获得的续驶里程最多只占25%，其余需要从发动机获取动力。

表1　2015年混合动力客车与柴油车油耗数据对比线路　混合动力油耗/L　12 m柴油车油耗/L　降耗率/% 909R　28.87增程　34.62　16.6 94R　30.36并联　37.43　19 561R　27.96并联　38.95　28 923R　28.41并联　39.76　38平均　28.9　37.6　23.1表2　2015年同线路不同车型油耗对比线路　混合动力油耗　12 m柴油车油耗/L　降耗率/% 808R　31.14并联　41.67（AT）　25 121R　28.94增程　35.68　19 76R　30.89增程　37.47（AMT）　18 91R　28.52增程　39.75　28平均　29.8　38.6　22.8表3　2015年各车型故障率统计增程式　并联式　纯电动　柴油车小修频率/万km　2.26　3.48　1.34　6.06抛锚率/万km　0.13　0.35　0.05　0.3

2.燃油补贴对城市公交选型的影响

目前城市公交享受国家、上海市二级政府补贴，平均燃油使用成本低于3.5元/L，按照目前柴油发电机组的效率（3.8 kWh/L左右）换算，可换算为0.92 元/kWh；而按照旧的电价结算机制，直流端每度电超过1元。目前城市混合动力公交车基本以燃油驱动，采用外接辅助电源在经济上没有优势。

3.并联式混合动力的优缺点

并联式混合动力公交车在很大程度上更接近传统公交车，在推广初期具有更大优势，但笔者认为混合动力汽车目前仍在以传统能源作为主要驱动力，电力只是作为辅助，主要起能量回收作用。目前着力点在于如何提升混合动力汽车的电力驱动比例。但受限于国家新补贴政策，并联式混合动力将面临挑战。

4.串联式混合动力的优缺点

串联式混合动力公交车驱动形式上与纯电动一致，控制策略较简单，技术较成熟，是目前城市公交车的主要方向。但由于柴油机的燃油消耗率已到极限（且工作在经济转速），选配多大的柴油发电机组及工作时长应根据城市路况和季节进行优化，以进一步降低燃油消耗率。同时，如何提高转换效能也是一大问题，建议采用APU直供电机的技术。此外，串联式混合动力还需解决电池跳变问题。

5.混联式混合动力的优缺点

混联式混合动力应该是结合了串联和并联的优势，但在早期的产品中由于其控制策略复杂、受限于不同线路的路况，系统自适应差，并没有做到较高的降耗率，系统单元多故障率也随之增加，严重影响了公交营运。但随着制造技术和工艺的提高，混联式混合动力将会取代其他形式的混合动力。

城市公共交通向绿色、安全、环保、便捷、智能方向发展，离不开混合动力客车技术的发展。新的混合动力技术要以整车为平台，集成各核心零部件为系统，依靠先进的电控技术，实现对电机、转向、冷却、转动系统的有效合理控制。运用可靠的通信技术，完美融合发动机启停、动力管理、整车CAN通信控制和远程监控等技术，尽最大程度地挖掘出混合动力的高效性。