據(jù)國家科技部統(tǒng)計，截至2011年3月，示范城市中應(yīng)用電動大巴629輛，僅占公共服務(wù)領(lǐng)域新能源汽車的7%。雖然，我們看到城市公交電動化還面臨諸多難題，需要政府、汽車產(chǎn)業(yè)和相關(guān)產(chǎn)業(yè)的上下游企業(yè)協(xié)同創(chuàng)新。但是，我們不能象國外一樣只顧乘用車，應(yīng)該重視甚至高度重視公交車的電動化。
一、電動化是城市公交車的必然選擇
1、世界能源和環(huán)境日益惡化，我國形勢更加嚴(yán)峻，特別是城市大氣污染尤為嚴(yán)重。
因汽車尾氣排放造成的空氣污染，已成為困擾北京、上海、廣州等大城市的嚴(yán)重問題。中國環(huán)境監(jiān)測總站吳國平研究員等對我國廣州、武漢、蘭州、重慶4個城市的大氣PM2.5 污染水平進(jìn)行了監(jiān)測，結(jié)果表明這些城市的PM2. 5水平普遍超過了美國新標(biāo)準(zhǔn)的2到8倍。
大量研究表明，電動車相比常規(guī)燃油汽車在能效和減排方面有明顯優(yōu)勢。國務(wù)院發(fā)展研究中心對純電動車和傳統(tǒng)汽油車的能源消耗和二氧化碳排放進(jìn)行了比較，其中純電動車按照“煤-電-電動機(jī)”的能源應(yīng)用路徑，而傳統(tǒng)汽油車按照“石油-汽油-內(nèi)燃發(fā)動機(jī)”的路徑進(jìn)行測算。結(jié)果表明，即使在電能來源僅考慮煤電的最差情況，純電動車單位行駛里程所消耗的一次能源(折成熱值)只有傳統(tǒng)汽油汽車的0.7倍。考慮我國電源結(jié)構(gòu)優(yōu)化以及能源利用效率提高的趨勢，按照2015年我國煤電比例76%，電動車所排放的二氧化碳約為傳統(tǒng)汽油汽車的74%。
2、發(fā)展電動公交，中國具有比較優(yōu)勢
相比于乘用車，電動公交車的節(jié)油和減排效果更加明顯，據(jù)有關(guān)統(tǒng)計，我國每輛公交車日行駛里程約220-280公里，消耗燃油約90-120升，相當(dāng)于30輛私家車的油耗和排放。此外，電動車采用電動機(jī)代替發(fā)動機(jī)，幾乎無噪聲，而且無級變速，駕駛操作更加簡單。
隨著改革開放的進(jìn)程，大批農(nóng)民進(jìn)城，城鎮(zhèn)化加速，汽車進(jìn)入家庭，城市交通供需矛盾日益尖銳?，F(xiàn)在，我國幾乎所有城市都存在不同程度的交通堵塞。政府高度重視公共交通的發(fā)展，2005年國務(wù)院辦公廳轉(zhuǎn)發(fā)了建設(shè)部等部門《關(guān)于優(yōu)先發(fā)展城市公共交通意見》，發(fā)展城市公交已成為具有中國特色的城市發(fā)展和交通發(fā)展的重要舉措。
放眼世界，沒有哪一個國家如此重視電動公交車的發(fā)展，因為沒有哪一個國家像中國一樣對公交車有如此巨大的需求。正因如此，國內(nèi)燃油公交車的研發(fā)能力和生產(chǎn)技術(shù)反而不落后于國外，有著較強(qiáng)的比較優(yōu)勢。進(jìn)而，開發(fā)純電動公交車，有著特有的優(yōu)勢和條件。
相比于乘用車，公交車的空間寬敞、布局規(guī)范，電動化相對容易、方便。在運(yùn)營方面，也有著非常鮮明的特點：定線定點-線路和站點固定;單程行駛歷程固定而且不長;專人駕駛;出車收車時間固定且密集。
發(fā)展電動公交，既可以鞏固已有的領(lǐng)先優(yōu)勢，同時更好地培育電池、電控、電機(jī)、充換電技術(shù)，為電動乘用車提供經(jīng)驗，帶動和促進(jìn)產(chǎn)業(yè)鏈，有效帶動我國電動車產(chǎn)業(yè)發(fā)展。應(yīng)該看到，隨著國外電動車應(yīng)用發(fā)展，電動公交大巴必將引起重視，并付諸實施，日本、澳大利亞、美國和法國等國家都已開始啟動。在電動乘用車“彎道超車”遭遇挑戰(zhàn)時，我們不能白白把自己的優(yōu)勢地位拱手讓出，必須加快發(fā)展電動公交車。
如果盲目照搬乘用車的發(fā)展路徑，采用混合動力，即傳統(tǒng)技術(shù)加電動技術(shù)，顯然是揚(yáng)短避長，把簡單問題復(fù)雜化。
二、電池快換是電動公交車主要的電能供給方式
1、電動車電能供給方式分析
電動車以電能替代了燃油，從根本上改變了傳統(tǒng)汽車的動力驅(qū)動方式，雖然使用功能一樣，但是從技術(shù)上已經(jīng)根本不同。換個角度，從電力服務(wù)看，它是一種用電設(shè)備，是一種新型的用電需求。
為電動車提供電能供給，主要有交流充電、直流充電和電池更換等三種方式。
交流充電：由交流充電樁提供220V交流電能，車載充電機(jī)完成交直流變換，充電功率一般不大于5千瓦，充電時間通常為5～8個小時，主要用于電動乘用車。
直流充電：由非車載充電機(jī)完成交直流變換，充電功率較大，從幾十千瓦到上百千瓦。主要用于電動公交車的整車充電，充電時間較長，至少要3小時左右。
電池快速更換：用事先充滿電的電池組更換車輛上的電池組，國內(nèi)設(shè)備基本可在5-10分鐘完成電池更換，實現(xiàn)了電動車電能快速補(bǔ)給。
2、電動公交車充換電比較
目前，公認(rèn)電池是制約電動車發(fā)展的瓶頸。選擇充電還是換電，人們一般都是基于對純電動乘用車的認(rèn)識，從電池自身角度、從車的角度、汽車行業(yè)角度解讀。
從電池性能分析。目前，國內(nèi)外電動車基本采用鋰離子電池，鋰電池具有安全可靠、工作電壓高、無記憶效應(yīng)等優(yōu)點，但其能量密度仍較低，造成電動車單次充電續(xù)駛里程較短，更重要的是電池成組循環(huán)壽命低。目前國內(nèi)電池成組后的比能量基本在70Wh/kg,循環(huán)壽命1000次以上。另外，單體電池使用過程中的環(huán)境差異，會加大單體電池間的性能差異，導(dǎo)致性能較差的電池加劇惡化，使電池組的循環(huán)壽命相對單體電池大大縮短。如果在公交車行駛間隙采用快速充電，為公交車提供電能補(bǔ)給，將造成電池負(fù)極極化，容量嚴(yán)重衰減，從而引起壽命急劇衰減。因此造成電動車電池部分的使用成本上升，降低電動車經(jīng)濟(jì)性。
從充電方式分析。
第一，目前電池組比能量約70 Wh/kg，以青島公交車為例，每日平均行駛里程約220公里，如果采用充電方式，為了每天充一次電滿足行駛里程要求，就要至少裝載220千瓦時、約3100公斤的電池。為了少裝電池，減輕車體重量，就會出現(xiàn)一些示范項目中兩輛車當(dāng)一輛車用的現(xiàn)象，也就是兩輛車一天輪班跑。
第二，即使不考慮電池壽命，采用快速充電，按照目前一般公交車裝載140千瓦時電池測算，按照3C充電，充電功率將達(dá)到420千瓦。交流側(cè)(380V)電流達(dá)到600A，導(dǎo)線線徑需達(dá)到240平方毫米。直流側(cè)(537V)電流將達(dá)到800A，充電連接器正副極分別需要2根直徑18毫米的觸頭,為保證連接器觸頭可靠的電氣連接和滿足溫升的要求，結(jié)構(gòu)設(shè)計要有非常大的保持力，連接器插拔力將會達(dá)到500N以上，這時就要架裝助力裝置，結(jié)果會大大增加連接器的體積和重量，使充電操作非常困難。
第三，如果選擇換電方式，可以采用分箱充電0.3C充電，充電電流僅為80A，有效降低交流側(cè)的導(dǎo)線線徑和直流觸頭;有效提高電池組內(nèi)電池均衡。換電方式還便于電池使用過程中的維護(hù)，及早發(fā)現(xiàn)電池差異，對電池組進(jìn)行均衡處理，甚至更換性能差異較大的電池，有效延長電池組的壽命。同時，當(dāng)動力電池?zé)o法在電動車上應(yīng)用時，電池性能僅下降了30%-40%左右，還有巨大的利用空間，可在變電站直流電源、儲能電站等方面對電池進(jìn)行梯次利用。另外，還可以根據(jù)行車路線，做到電機(jī)、電池重量與車輛運(yùn)行最佳匹配，比如按照兩個來回70公里，電池僅六七百公斤。這樣，節(jié)省電池，降低車的重量，提高運(yùn)行維護(hù)效率和效益。因此，通過換電方式，延長動力電池利益鏈，有效減少電動車使用動力電池的成本，提高電動車經(jīng)濟(jì)性。
從電網(wǎng)安全分析。公交車采用充電方式，將造成高電壓、大電流的直流充電機(jī)大規(guī)模集中接入電網(wǎng)，給配電網(wǎng)帶來較大負(fù)荷沖擊，造成配電網(wǎng)的嚴(yán)重過載。同時充電機(jī)負(fù)荷為非線性負(fù)載，會對電網(wǎng)產(chǎn)生嚴(yán)重諧波污染，北京奧運(yùn)充電站實測數(shù)據(jù)表明，充電機(jī)造成電流諧波畸變率高達(dá)30～40%，如果不加治理，將嚴(yán)重影響電網(wǎng)和用戶的穩(wěn)定運(yùn)行及電能質(zhì)量。因此，電動車充換電方式的選擇和充電設(shè)施建設(shè)要與我國電網(wǎng)發(fā)展現(xiàn)狀相結(jié)合，只有保證電網(wǎng)可靠運(yùn)行，才能保證電動車的電能供給。
綜上，充電與換電方式的選擇不能單純從車輛方面考慮，需要從公交應(yīng)用需求、設(shè)備技術(shù)可行性、電網(wǎng)安全、電動車整體經(jīng)濟(jì)性等各方面系統(tǒng)的看問題，選擇合理的電能供給方式。
三、探索與實踐
在我國作為最初探索換電方式實現(xiàn)于2005年，可能也是世界上第一個快換設(shè)施在蘭州建立，服務(wù)于2臺公交車，安全行駛5萬公里。
2008年北京奧運(yùn)會期間投入50輛純電動公交車，配套建設(shè)一個電池更換站，國內(nèi)第一次采用電池更換方式為電動商用車服務(wù)，取得了一定的運(yùn)行經(jīng)驗。
2010年上海世博會期間投入120輛純電動公交車，配套建設(shè)一個電池更換站，國內(nèi)第一次大規(guī)模采用電池更換方式為電動商用車服務(wù)，并實現(xiàn)高負(fù)荷運(yùn)行，取得了豐富的運(yùn)行經(jīng)驗。
2010年廣州亞運(yùn)會，20輛快換方式電動公交車，直接進(jìn)入商業(yè)化運(yùn)營。
2006年初，國家電網(wǎng)公司就做出推動電動車發(fā)展的戰(zhàn)略部署。幾年來，公司創(chuàng)造性、系統(tǒng)性地開展了卓有成效的工作，在標(biāo)準(zhǔn)體系創(chuàng)新、設(shè)備技術(shù)創(chuàng)新、運(yùn)營模式創(chuàng)新和智能服務(wù)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)與規(guī)劃創(chuàng)新等方面，引領(lǐng)電動車充換電服務(wù)的發(fā)展方向。智能充換電服務(wù)網(wǎng)絡(luò)示范工程青島薛家島充換儲放一體化站，是集公交車充換電、乘用車電池集中充電、儲能應(yīng)用于一體的電動車充換電站，于今年7月11日正式投運(yùn)。公交車充換電站為青島市公交線路上運(yùn)行的電動公交車提供換電服務(wù)，可滿足280輛電動公交車的換電需求;集中充電站可為1440箱乘用車電池實現(xiàn)集中充電，為黃島區(qū)電動乘用車提供集中充電和電池配送服務(wù);示范電站可實現(xiàn)5.6萬kWh電能儲存，已實現(xiàn)1.1萬kWh電能儲放功能;是目前世界上功能最全、規(guī)模最大、服務(wù)能力最強(qiáng)的電動車充換電站。
研究和實踐表明，無論是從整車、電池、電機(jī)電控，還是從公交車運(yùn)營管理、充換電服務(wù)，闖出一條符合中國國情、具有中國特色的城市公交車電動化之路是可行的、必然的，也是一定會成功的。
