超级电容车与纯电动公交车适用条件分析

彭庆艳

（上海市城市建设设计研究总院（集团）有限公司，上海 200125）

超级电容车与纯电动公交车适用条件分析

彭庆艳

（上海市城市建设设计研究总院（集团）有限公司，上海 200125）

超级电容车、纯电动公交车作为低碳交通发展趋势，目前已开始运用于城市公交中。本文总结了现有案例的车辆性能、设施配套及运行情况，分析了在中心区内部公交、组团之间联系不同功能的公交，在不同的交通条件、发车频率、公交站距情况下，超级电容车、纯电动公交车的适用条件。

超级电容车；纯电动公交车；适用条件

1 清洁能源公共汽车发展现状

1.1 低碳公交

城市交通所消耗的能源及产生的碳排放占城市总量的三成以上，优先发展公共交通作为我国的交通策略之一，已成为缓解城市交通拥堵、节能减排的主要手段。在公共交通组成中，地铁、有轨电车使用电作为能源，能够实现零排的要求，缺点是建设代价高，站点覆盖率低；常规公交具有费用低、运行更灵活的优点，如何改善常规公交的能源方式，是“低碳交通”更为关注的问题。

1.2 现有清洁能源公交车辆

公交车辆的新能源技术，包括天然气、二甲醚、混合动力、燃料电池、蓄电池、超级电容等[1]。目前北京、上海、广州等大中城市已经将多种新能源车辆应用于在运行的公交线路中。特别是在奥运会、世博会之后，电动公交车逐渐成为主要的发展趋势。

1.3 常规公交构成

从车型角度，常规公共汽车有小型、中型、大型、特大型（铰接）、双层公共汽车[2]。从服务对象，常规公交有对外公交、内部公交；从运行路线，有固定线路和非固定线路；从运行区域，有城区公交和区域公交。

2 超级电容车应用现状

2.1 案例分析

上海市由“老西门－老西门”环游老城区运行的11路，是首条超级电容公交商业示范线（图1）。设站10处，线路长5.2km，2006年8月开始运行，目前拥有17辆车。

图1 上海公交11路超级电容车

2010年上海世博会浦东园区内部的世博大道线，设站12处，单向线路长2.3km，先后投用超级电容车61辆，运送客流3642万人次（图2）。

图2 世博大道线超级电容车

上海世博会退役的超级电容车中，25辆转入公交26路、8辆加盟公交11路，剩余车辆在浦明路（世博大道线）继续运行，或是投放至香港公交。

2.2车辆性能与场站

2.2.1车辆性能

超级电容公交车具有“零”排放、高效率、低噪音的优点。车载的超级电容具有大电流快速充放电特性、提供很大的瞬时放电功率，具有循环寿命长、工作电压和温度范围宽（-40℃至+60℃）、便于电能回收等优点。

车内电传动系统采用交流驱动，牵引电机结构简单、重量轻，维护量小，可靠性高，同时具有良好的牵引特性，充分满足车辆的运行需要，具有再生制动功能，在下坡或减速时，可实现能量回收，降低制动摩擦片产生的粉尘污染，减少压缩机的使用与电能消耗，降低车辆运行噪声。上海世博会超级电容车车辆参数和动力参数见表1、表2。

表2 上海世博会超级电容车动力系统参数表

2.2.2配套场站

车辆需在中途站和停车场配套自动快速充电站（也称智能充电站），在线路一定距离内配套整流站（图2、图3）。

2.3 存在的主要问题

超级电容车具有快速大电流充电，运行成本低等优点，但也遇到了一些问题：

（1）车站充电时间长。有时上下客完毕还需停车充电，充电频繁，线路运行速度低，早晚高峰乘客抱怨多。若不及时充电，车辆会直接锁死，“重启”费用高（目前上海为500元）。

图3 中途站充电站、停车场充电站

图4 超级电容车整流站

（2）车站充电时应对复杂路况能力不足。车站处若停留车较多，电容车无法进站充电；停车位置需要准确，以便受电弓能和充电网接上；有时充电站下有堆物也无法充电；由于车辆较普通车辆高20cm，进出站时会擦碰到线网附近的大树；有的站台较短，不利于车辆进出；

（3）恶劣天气运行保障低。遇到打雷，为保证安全，不能在乘客上下车的时候充电；高温天气易出现电容器温度过高等问题，需要设法降温。

（4）车辆成本高。目前一辆超级电容车的造价为80万元（上海公交11路）、150万元（世博豪华型款式），比普通车辆高1倍。

2.4 适用条件

（1）线路长度。线路与站点固定的公交线路，线路长度不宜大于12km；或是线路长度小于2km的短途大客流接驳公交、小区公交；机场、码头、展览中心等专线客运系统[3]。

（2）站距与发车频率。站距较小，500～800m左右；发车频率较高，3～15min。也可多条线路共用充电站，充电架的数量需根据车站总服务车辆数确定。

（3）交通状况。客流量较大的老城区或是中心城区，交通较为拥堵，站点乘客上下客多、停站时间长。

3 纯电动公交车应用现状

3.1 案例分析

北京公交121路是我国最早的纯电动公交线。设站20处，线路长12.8km，2005年6月开始运行，先后投放车辆19辆。原纯电动公交车已停止运行，取而代之的是新型纯电动车和混合动力公交车。

2008年北京奥运会期间投入了50辆纯电动公交车，在奥运村、媒体村、北部赛区等核心区域24h不间断运行，为国际奥委会官员、各国运动员和媒体记者等提供出行服务。奥运会后，这批车有30辆投放到奥运公交专线1路，20辆投放到长安街上的观光5号线。至 2010年2月，15辆车改投到公交81路，35辆改投到公交84路。其中84路设站21处，单向长度26km，运行时间约70min。

2010年上海世博会园区内部的越江线，设站11处，单向线路长14km，共投用纯电动车120辆，累计运送客流5281万人次。上海公交20路、28路、604路也是采用纯电动车，825路采用电池-电容混合动力车（图5、图6）。

图5 世博越江线纯电动车

图6 上海公交825路电池－电容混合动力车

3.2 车辆性能与场站

3.2.1车辆性能

上海世博纯电动公交车是由上海汽车下属商用车技术中心研发，由申沃客车生产的零排放低入口公交车。该车动力系统采用交流异步电动机和与之相配套的电机控制器，主电源采用锂动力电池，并带有自动检测功能的能量管理系统，使整车动力性能较好，具有力矩大、效率高、工作安全可靠等优点。主要参数见表3、表4。

表3 上海世博会纯电动车参数表

表4 上海世博会纯电动车动力系统参数表

3.2.2 配套站场

需配套专门的充电站和维修站，停车场可与普通公交共用。

世博园内白莲泾纯电动公交车运营保障站，设有纯电动公交车专用充电站厂房、维修厂房、检修厂房和综合办公房各1幢，以及可停放120辆纯电动客车的场地（图7）。

图7 世博纯电动车充电站内、外部情况

纯电动公交车充电站通过专用充电架和快换电池专用机器人，可为纯电动公交车的电池进行快换充电。专用维修厂房和检修厂房，可同时为2辆纯电动公交车进行维修和整车充电，并可为2辆纯电动公交车进行日常的检查、维护。检修厂房内设有办公室、备件库及休息室等。

世博充电站厂房面积3400m2，备用电池及存储架数量112套，快速更换设备数量8套，充电机数量392套（9kW）、112套（30kW），变配电设备4×2000kVA、1×800kVA。

奥运充换电站占地5000m2，位于北土城站，操作区域可同时为2辆12m电动客车快换电池（图8）。

图8 北京北土城站电动车充电站

3.3 存在的主要问题

纯电动公交车具有运行成本低、速度高等优点，但也遇到一些问题：

（1）充电站占地大。充电站需要5000 m2以上面积，在中心城区用地紧张的情况下难以找到合适用地。

（2）电池寿命短，报废速度快，费用高。公交车用锂电池通常在40～60万元之间，而使用寿命仅4年左右，有的实际只有2年。

（3）续驶里程短。车辆只有100km左右的续驶里程，使得运营中间必须更换电池，一方面换电池需要10min以上的时间，另一方面还要购买备用电池，更增加了费用。

3.4 适用条件

（1）线路与站点固定或不固定的公交线路；

（2）线路长度较长；站距较大，发车频率较低的郊区线路或组团城市各组团之间的连接线；

（3）小城市，交通不拥堵的路况；

（4）长大隧道、桥梁，布设超级电容车中途充电站困难的电车线路。

4 上海嘉定新城的应用研究

嘉定新城由嘉定主城区、安亭、南翔3个组团组成，规划人口80万，组团之间间距10～20km。嘉定区公交体系分为轨道交通、快速公交（BRT）、常规公交、出租车四种模式和层次，常规公交线网依据服务于不同距离的出行，可分为跨区（或组团）公交线网、区（或组团）间公交线网和区（或组团）内公交线网三个层次。

选择嘉定新城主城中心区内部公交环路采用超级电容车，线路全长约11km，设站15处；选择安亭组团至嘉定主城的嘉安2线与安亭组团至南翔组团的嘉定7路采用纯电动公交车，线路全长分别为14km、18km；在安亭汽车城规划1处充电站，初期面积5000m2，可供30～50辆纯电动车用。

[ 1 ] 何蔼.新能源技术在上海公交客车上的应用 [J].城市车辆,2009.

[ 2 ] 城市公共交通分类标准.CJJ/T114-2007.

[ 3 ] 华黎.超级电容公交车系统的原理和商业模式探索[J].能源技术 , 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