插电式混合动力技术在城市公交车的应用

插电式混合动力技术在城市公交车的应用

叶发形

叶发形

珠海公交巴士有限公司519000

摘要：近年国家大力开展节能减排工作，对汽车的排放法规日趋严格，同时也加大了新能源汽车的推广力度，新能源汽车呈现了爆发式增长，在插电式混合动力和纯电动两类车辆中，由于纯电动车辆的电池成本高、衰减快等技术壁垒仍待突破，而插电式气电混合动力兼具有良好的适应性、经济性和环保性，在向纯电动发展的过渡时期选用也是一个较好的选择。因此，本文就我市目前插电式混合动力公交车的运行情况和节能效果进行了研究分析，总结了车辆实际运营方面的使用经验，并提出相关改进意见。

关键词：插电式混合动力；公交车；应用

一、插电式混合动力应用背景

1．符合补贴政策，具有成本优势

插电式混合动力车属于享受国家对新能源车辆的补贴政策范畴，补贴后的公交车与常规天然气、柴油公交车相比购车成本差距不大，甚至比常规车辆略低，而与纯电动公交车的购车价格相比则更具优势。

2．设施依赖度低，满足推广需求

不同于纯电动公交车对充电设施的高度依赖，插电式混合动力公交车对充电设施依赖程度低，可以用少量的设备为更多车辆充电，甚至可在暂不具备充电设施保障的情况下也可正常运营。城市迫切需要推广新能源车辆，在充电站建设缓慢、滞后的客观条件下，推广插电式混合动力公交车更具优势。

3．技术更加进步，节气效果明显

一些插电式混合动力系统将超级电容和高能量密度锂电池进行优化组合，形成更高效的能量储能系统。双电机和高度集成的控制系统技术的应用，使得插电式混合动力车的节气效果明显。

4．外接电源，实现车辆纯电驱动

插电式混合动力车辆，增加了动力电池储电量，通过外接电源进行充电，增加了车辆纯电模式下的运行里程。

二、插电式混合动力公交车的控制策略

2015年底，我市投放了7辆插电式气电混合动力公交车，这是首次使用插电式气电混合动力公交车，该批车辆采用了双电机、LNG发动机、无变速箱的混联控制模式，控制原理为：

1．车辆起步

在车辆起步时，由动力电池供电给驱动电机，直接驱动车辆。当动力电池电量SOC低于50%时，启动发动机带动ISG电机对动力电池进行补充充电，充入足够电量后，由驱动电机驱动车辆。此时电控离合器处于分离状态。

该策略的特点是：通过纯电模式起步，可大幅降低常规车起步阶段高油耗高排放的工况。

2．车辆匀速行驶及爬坡

当车辆正常起步后，车辆速度达到25km/h以上时，电控离合器接合，由ISG电机启动发动机工作，由发动机直接驱动车辆。当车辆爬坡时，驱动电机与发动机同时工作，共同输出动力。

该策略的特点是：使发动机转速及输出扭矩保持在最佳工况。

3．车辆减速制动

车辆在减速及制动情况时，利用ISG电机进行能量回收，对动力电池进行补充充电。

该策略的特点是：进行能量回收，并储存到动力电池。由于公交车频繁进出站点，该项能量回收功能，收效明显。

三、车辆的运行情况

车辆混合动力系统的使用早已成熟稳定，并在汽车上应用较广，插电式混合动力在原混合动力的基础上增加了更大的储电量，并且可以通过外接电源进行充电，节能效果起到更高的成效。

该批车辆自投入运营以来，故障率极低，动力系统稳定，动力传递接合平稳，实现了车辆自动变速，减轻了驾驶员的劳动强度，深受驾驶员喜爱。使用一段时间以来，车辆的节气效果明显，即使在不充电的情况下，节气率也可达到20%左右。

四、插电式混合动力车辆的节气效果分析

1、运行环境对节气效果的影响

首批插电式混合动力公交车在2015年12月底投入运营，自1～5月以来，随着气温的逐渐上升，车辆在4月和5月开启空调后的百公里气耗逐渐上升。由于车辆设计时，只要开启空调就必须启动发动机，因此，在夏天使用空调时，车辆的节能减排效果会被削弱。这样的设计主要是由于车辆动力电池储电量有限，如不启动发动机将无法满足空调的能量消耗。但同样是开启空调的情况下，插电式混合动力车辆与常规车辆相比，节气率也达10%以上。

2、行车速度对节气率的影响

在对气耗的分析中，车辆行驶速度保持在40-45km/h之间，此时对应发动机转速区间在1500-1700rpm，为发动机经济转速范围，是发动机转速最适中、扭矩最好、耗气率最低、输出功率最优的阶段，此时车辆的节气效果最好。插电式混合动力公交车具有“削峰填谷”的作用，使发动机一直处于动力最佳、气耗较低的经济转速，在起步时，用电机驱动，减少了发动机低转速时的高能耗；在发动机动力不足时，增加电机驱动，同样降低了发动机高转速的高能耗。

3、道路拥堵情况对节气率的影响

随着城市化进程发展，机动车保有量持续增长，城市道路交通拥堵状况愈加恶化，插电式气电混合动力车辆具有的低速停机功能，更适宜在拥堵路段发挥作用。同时，拥堵路段频繁的制动也更加有利于能量回收，从而使混合动力车辆在市区路段、拥堵路段节气效果较好，而在郊区路段、顺畅路段节气效果则有所减弱。

4、操作习惯对节气效果的影响

在首批插电式混合动力公交车辆投入运行后，对最早投入14路的7辆公交车的运营状况进行了跟踪分析，采集了该线路相同车型不同驾驶员驾驶的车辆气耗数据，因为车辆是同批次投入运营的，车辆的技术状况基本一致，但驾驶员的不同驾驶行为，对车辆节气率影响也较大，如其中1号车1-5月份，每月的节气率达-4%至-9.2%，在所有车辆中节气率最高；其中6号车1-5月份，每月的耗气率比同线路平均数超出达4%至8%，在所有车辆中耗气率最高；另有2、3、4号车的耗气率基本趋于平均值范围，很显然驾驶员的驾驶习惯对车辆的耗气率有着重要影响。

7辆公交车2016年1月-5月的节气率情况

五、结论

（1）插电式混合动力公交车主要是实现了驱动电机和发动机之间的动力切源，并通过制动进行电能回收，实现节能减排。

（2）插电式混合动力公交车采用了自动变速设计，省去了踩离合和频繁换挡的操作，降低了驾驶员的劳动强度，有利于安全行驶，深受驾驶员欢迎。

（3）要针对不同线路工况，制定相应控制策略，优化车辆控制系统，充分挖掘车辆节气潜力。同时需要通过培训，使驾驶员改变固有的驾驶习惯，以适应插电式混合动力公交车的使用要求。

（4）车载储能配置容量过低，制约了插电式混合动力车辆更好的节能减排效果，可配置更高容量的储能装置，达到更优节能减排效果。

（5）充分利用车辆外接充电，并逐步向快速充电转换，实现车辆短时间补充电量，延长车辆纯电模式下的运行里程。

参考文献

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[2]车兆华．插电式混合动力电动城市客车的最佳纯电动模式续驶里程研究[J]．客车技术与研究，2013(1).

[3]郑州宇通客车股份有限公司.ZK6125CHEVNPG21系列客车使用说明书2015.10