新形势下新能源纯电动公交车的运营管理研究

石红云

上海城市交通设计院有限公司

0 引言

发展新能源汽车是我国应对气候变化、推动绿色发展的国家战略举措。城市公共交通出行频率高，新能源公交车的推广对实现能源可持续发展，减少环境污染意义重大。以上海市为例，全市拥有公交车约 1.77 万辆，截止 2019 年 11 月，已投放各类节能和新能源公交车约1.1 万辆，占比约61.76%。

根据上海市“绿通行动方案”和“治柴行动方案”的要求，纯电动公交车将加大投放力度，优化公交车能源结构。到2020年底前，中心城区、郊区建成区内公交车全部更换为新能源车。

为更好地用好新能源公交车辆借助新能源数字化、信息化管理基础，提升新能源公交车辆运营管理效率，本文以新能源纯电动公交车辆为研究对象，从能源方式、场站设施、维修模式等方面对比分析其与燃油公交的区别，分析纯电动公交运营管理面临的新挑战和新机遇，提出传统公交企业新能源纯电动公交车辆运营管理的相关建议。

1 新能源公交车辆发展趋势

根据工信部发布的《新能源汽车产业规划（2021-2035年）》（征求意见稿），力争通过15年的努力，纯电动汽车将成为主流，燃料电池汽车实现商业化应用，公共领域用车全面电动化[1]。

从纯电动公交车的发展趋势来看，纯电动公交车向着网联化、智能化、低碳化、轻量化发展。充电技术向大功率、智能化方向发展，充电模式以常规充电为主、快充为补充，同时具备快充及常规充电兼容。车辆性能方面将进一步提升续驶里程、安全性、舒适性、美观性及智能化水平。

2 纯电动公交与燃油公交的区别

2.1 纯电动公交车辆核心部件是以电池、电机、电控为主的电动部件

以“SWB6121EV 型”纯电动公交车为例，纯电动公交车主要由电力驱动系统、底盘、车身、电气设备等组成，其中驱动控制系统是纯电动车的核心。动力蓄电池储存并向电机提供电能，电机控制器把电池的电能转换为电机需要的形式，电机则把电能转换成机械能并通过变速箱驱动车辆。动力系统的工作原理如图1所示。

图1 纯电动公交车动力系统工作原理

2.2 充电系统成为纯电动公交的基础支撑系统，与燃油公交车相比需要更长的能源补给时间

目前，上海纯电动公交车辆主要采用接触式充电，包括常规充电及快速充电两种[2]。常规充电模式是采用直流输出方式为车辆动力电池充电，主要应用于公交停保场内车辆夜间充电。充电设备功率主要有60 kW和120 kW两种模式。从充电时长来看，一台续航里程约300 km 的12 m 公交车，采用60 kW 充电功率充满电约5 h，120 kw 充满电约2.5 h。

快速充电是以大电流短时间为电动公交车辆提供短时充电服务，充电倍率为1 C 以上。快速充电主要应用在首末站及枢纽站，利用车辆运营间隔时段进行快速补电。以上海奉贤BRT 为例，首末站采用下压式充电弓快速充电（如图2），下压式充电弓充电功率约360 kw，充电电流约500 A，根据每台车充电前剩余电量不同，一辆12 m 公交车充满电时长约7-11 min。

图2 奉贤南桥BRT快充充电站

2.3 新能源纯电动公交车辆信息化、智能化水平提升

新能源汽车融汇了新能源、新材料和互联网、大数据、人工智能等多种变革技术，推动车辆从单纯交通工具向移动智能终端、数字空间转变。新能源纯电动公交车实现了整车CAN 系统全覆盖，信息量爆发式增长，网联化新趋势，给车辆数字化管理带来新机遇。新能源纯电动公交车与燃油公交车相比，车辆更加智能，实现了辅助驾驶、主动防护的功能，且随技术发展车辆智能化水平将进一步提高（纯电动公交与燃油公交车对比如表1）。

3 纯电动公交运营管理的挑战及机遇

3.1 对充电设施的需求及场站安全管理提出更高要求

1）能源方式的变革，带来充电设施的建设需求，伴随车辆不断投放，充电设施不足问题成为公交企业普遍面临的困难之一。以上海久事公交为例，2020 年新能源公交车辆总量约达到6 700 辆，充电车位需求约6 350 个，充电设施缺口约1 100个。充电设施不足一方面是由于本身停车用地不足，部分车辆夜间停放在枢纽首末站或者临时用地，场站用地不足制约了充电设施的建设。另一方面新能源充电技术迭代更新快，初期建设的充电设施受技术条件限制多为单桩（枪）充电模式，充电效率低，无法实现电力资源的后台调配，存在充电资源的浪费（见图3）。

图3 久事公交在中心城区及郊区建成区公交线路分布图

2）灭火方式的差异，对场站安全管理提出更高的要求。纯电动公交车辆跟燃油公交在灭火方式上存在差异，纯电动公交车电池是无氧燃烧，只有通过大量的水降温才可以阻燃。一般的干粉或泡沫灭火器无法阻止电池燃烧。电池燃烧比普通柴油车燃烧的时间更长，在对建筑的防火要求远高于柴油车，对场站安全管理提出更高要求。

表1 纯电动公交车与燃油公交车对比分析

3.2 纯电动公交车信息化运营管理有待提升

车辆信息化管理有待提升。新能源公交车实现了整车CAN系统全覆盖，车辆信息量及信息维度有爆发式增长，而传统公交企业信息化管理尚处于起步阶段，大量车载数据未充分利用，车辆信息化管理及大数据应用有待提高。

公交调度、车辆运营及充电缺少统筹管理。传统公交线路调度主要依据客流需求变化来调度发车间隔。纯电动公交车辆实时带电状态（剩余续航里程）及充电排班成为线路调度需要统筹考虑的新因素，目前“充电”、“调度管理”双系统，如何统一运营给企业带来新的挑战。

3.3 车辆构造的差异，使得车辆维修模式及维修队伍亟需转型

车辆的维修模式与燃油车辆差异大，传统的维修经验失灵，但纯电动车辆的电动器件更容易实现实时监测，进行故障预测诊断，维修模式也由以维修为主向诊断加维修转变。维修技术人员的需求由机械工向高低压电工转变，而现有的“传、帮、带”模式来培养新能源车辆的维修人才约需2～3 年时间，无法满足新能源车辆维修的需求。

4 纯电动公交车辆运营管理建议

4.1 总体思路

新能源纯电动公交的运营管理应首先保障新能源车辆的基础设施及场站安全管理。其次，建设车辆信息化管理平台，在车辆信息化管理基础上，对接公交车辆调度平台、充电设施平台、场站管理平台，逐步形成传统公交企业信息化管理模式，同时提前谋划，做好大数据及信息化管理人才储备（见图4）。

4.2 方案建议

1)应用充电新技术及信息化管理手段，提升设施利用率

加强智能群充及大功率快充等智能化、新技术应用，提升充电设施效率。智能群充技术即将充电站内全部或部分智能充电模块及监控系统集成在一起，利用计算机控制技术对充电模块进行集中控制及动态分配，为车辆提供电能。智能群充与传统单桩充电技术相比，具有功率共享、柔性充电及平滑扩展等技术优势。目前，场站充电存在进场初期“电等车”，车辆大规模进场后“车等电”的痛点，智能群充可结合车辆进场状况，进行充电资源的调配（见图5）。

图4 新能源纯电动公交运营管理总体思路

图5 车辆进场与场站内电容量关系

根据场站充电设施建设能力不同，采取差异化充电策略。对于公交停保场，建设充电桩泊位占比在80%以上的场站，建议将传统单桩充电改造为智能群充技术，充分利用涓流充电时段资源。建设充电桩泊位占比在80%以下的场站，可采取大功率快充与智能群充相结合的方式，在车辆进场初期大功率快充，提升充电设施周转效率，在车辆大规模进场后（如24：00之后）采取智能群充策略，规划车辆的停车顺序，以18个车辆为一组，依次停放在A、B、C 区。当A 区车位充满电之后，进行B 区的充电过程，然后C区（如图6），减少人工倒车。对于公交枢纽、首末站，建议采用大功率快充技术，利用线路发车间隔时间进行补电。

图6 车辆大规模进场后充电流程示意

2)利用信息化手段，统筹充电资源，科学制定车辆充电计划

统筹管理停车场内部充电设施资源，结合车辆进场情况制定科学的充电计划，提升充电设施利用效率。搭建充电设施管理平台，统筹各场站的充电资源，根据车辆续航里程的不同和车辆调度排班计划，利用白天充电空闲时段，制定车辆错峰补电计划，弥补夜间充电资源不足。

3)提升场站管理智能化水平，重视场站安全监管

根据新能源车辆维修、停放、充电需求，重塑作业流程，优化场站布局。场站内部新能源公交车应与燃油公交车分区、分层停放。场站建设和改建时，应符合新能源公交车的消防和环保要求，新建场站应满足《电动汽车分散充电设施工程技术标准》GB/T51313-2018、《汽车库、修车库、停车场设计防火规范》GB 50067 等相关防火规范要求[3]。

加强场站安全监管，完善现有场站智能监控功能，包括车辆进出场、充电、维修过程中的实时监控。建设场站智能管理平台，统筹各场站的智能化管理。

4)建设车辆智能管理平台，用好车辆信息数据，实现车辆全生命周期管理

建设车辆智能化管理系统，实现车辆各部件从出厂到报废，从进场、充电、维修到出场、运营，全过程、全生命周期的数字化监管。利用大数据技术分析车辆数据（包括车辆运行状态、保养次数、各部件故障及维修次数等），对车辆性能进行综合评估，结合车辆维修保养成本分析，为车辆的采购及弹性报废做技术支撑。未来车辆报废可以不再是一刀切模式，而是对每辆车进行科学测评，实现差异化的报废年限，通过对不同厂家、不同车型、车辆表现进行科学评估，指导未来车辆采购。

5)将车辆管理、充电管理及线网调度相互融合，优化线路调度模式

不同车型、不同使用年限的车辆续驶里程不同，将车辆实时状态、充电计划及线网调度相互融合，优化线路调度模式。在运营过程中灵活调度，及时了解新能源公交车的运行位置、行车间隔等信息，适时掌握每台车辆的运行状况。车队可以根据现有条件灵活运调，避免营运资源浪费，减少车辆调配盲目性。如在车辆运行过程中，突发车辆电量不足问题（带电量剩余30%以下），可结合周边充电设施的分布情况，就近场站进行补电，调度中心调配附近公交车顶替补电车辆运营（见图7）。

图7 突发车辆电量不足解决思路示意

6)探索新的车辆维修模式

目前,新能源车辆维修模式主要有专业自主维修模式、自主维修与购买服务混合及自主维修为主、委外维修为辅三类。

专业自主维修模式，有利于企业自身维修专业技能提升及自主经验积累，但对人员素质要求高，需引进专业人才，不利于现有人员技能结构转型，产生人员富余问题。自主维修与购买服务混合模式是将专业性较强模块系统交由专业厂商购买维修服务，该模式可以解决现有维修困境，快速保障需求，但不利于企业自主维修能力提升，成本质量控制难。自主维修为主、委外维修为辅模式是指与生产企业建立联合培训机制，对现有员工维修技能培训，专业性较强模块以车企及电池厂商为主，公交企业为辅，对员工进行现场作业指导，逐步自主掌握维修技能。公交企业可结合自身的条件及需求选择适合的维修模式。

5 小结

新一轮科技革命和产业革命的孕育兴起，新能源汽车也进入了加速发展的新阶段。纯电动公交车作为新能源推广主力，如何应对纯电动公交对于企业带来的运营管理挑战，推动企业运营管理的升级至关重要。本文分析了纯电动公交区别于燃油公交车的新特征，针对新能源公交运营管理现状问题，从充电设施配套、场站安全管理、车辆管理、线路调度及维修模式等方面，提出发展建议及方向，以期在新能源公交车辆加速发展的关键时期，为传统公交企业新能源公交车的运营管理提供发展思路和方向。