范志航， 楊國森， 趙鵬輝， 王 毅， 馬黎陽， 尚 巖

(鄭州宇通客車股份有限公司， 鄭州 450016)

現(xiàn)有純電動車輛一般采用大電量配置慢速充電模式，車輛配置較大電量可滿足一天運營[1]，夜間停運時間用于給車輛充電。隨著國家逐漸取消對電動車輛補貼，轉(zhuǎn)而增加對充電設(shè)施的補貼，車輛配置較小電池能量，采用小電量配置快速充電模式，利用車輛周轉(zhuǎn)間隙進場快充補電[2]，不僅可有效降低車輛成本、重量和能耗[3]，而且可提高充電設(shè)備利用率。

1 小電量配置快速充電運營模式方案

小電量配置快速充電運營模式，利用城市客車發(fā)車間隔時間快速補電，每次充電時間約10～15 min或5～8 min(有效充電時間)，單次補電可滿足30～50 km運營里程，進而減少車輛電池能量配置，降低車輛成本[4]和重量，提高運營效率。下面以某一運營線路城市客車為例，進行小電量配置快速充電運營模式方案分析。

市場調(diào)研某一公交線路共運營22輛12 m城市客車，車輛早上5:20發(fā)車，晚上21:40結(jié)束運營。該線路往返一圈里程24 km，時間2 h，全天單車共往返8～9圈、運營里程213 km、平均電耗為0.92 kWh/km，運營結(jié)束回場要求電池預(yù)留15%電量。線路客流高峰時間段為上午7:00～9:00，下午16:30～18:00，客流低峰期進站停靠時間為12 min。

1)大電量配置慢速充電模式下，車輛需配置的電池能量分析。車輛電池能量滿足全天運營，利用夜晚時間給車輛充電，車輛運營全天耗電量為：車輛電耗×運營里程=0.92×213≈196 kWh，為保證車輛結(jié)束運營能順利回到場站，設(shè)計車輛電量時需預(yù)留15%回場電量，則車輛需配置電池能量為： 196/0.85≈231 kWh。

2)小電量配置快速充電模式下，車輛需配置的電池能量分析。根據(jù)車輛早上發(fā)車、夜間回站時間及單圈往返時間，客流低峰期可用于充電3次，停站時間12 min，其中車輛有效充電時間為6 min，地面充電設(shè)備按照300 kW功率，充電效率為93%，單次充電電量為：充電設(shè)備功率×充電時間×充電效率=300×(6/60)×0.93≈27.9 kWh，全天充電3次補充電量為83.7 kWh，則小電量配置快速充電模式下，車輛電池能量為：(196-83.7)/(1-15%)≈132 kWh；同時，結(jié)合實際運營情況，車輛需滿足能夠往返3圈，需電池能量為：24×0.92×3/(1-15%)≈78 kWh，故車輛需配置電池能量取最大值132 kWh。

根據(jù)以上對比分析，該公交線路采用小電量配置快速充電模式較大電量配置慢速充電模式，電池能量可減少約99 kWh。

2 運營模式優(yōu)劣勢對比分析

1)場站方面。大電量配置慢速充電模式，白天車輛全部用于運營，夜晚結(jié)束運營后集中停放在場站進行充電，需建設(shè)能夠滿足所有車輛停放、充電的大型充電場站[5]；小電量配置快速充電模式，需在線路首末場站建設(shè)快充設(shè)施，因車輛電池少充電快，車輛可快速充滿電后?？吭趫稣局苓?，場站規(guī)模及建設(shè)更加靈活[6]。

2)運營方式。大電量配置慢速充電模式，白天時間不需補電，車輛使用及調(diào)度方面靈活性高；小電量配置快速充電模式，運營1～3圈需補電一次，補電方式可利用低峰回場間歇時間(10～15 min)補電，充電速度快，單次補電可運營30～50 km，運營模式靈活。

3)充電成本。大電量配置慢速充電模式，車輛一次充滿電需5～8 h，可利用夜間波谷時間充電，充電時間長、充電成本低。結(jié)合以上公交運營案例，單車夜晚充電電費為：車輛電池能量×(1-15%)/充電效率×低谷電價=231×85%/93%×0.32≈67.5元。

小電量配置快速充電模式，夜間利用波谷充電，白天利用運營低峰回場間歇補電10～15 min，充電成本相對較高。結(jié)合以上公交運營案例，單車白天充電電費為：單次充電電量×單日充電次數(shù)/充電效率×平段電價=27.9×3/93%×0.61≈54.9元；夜晚充電電費為：車輛電池能量×85%/充電效率×低谷電價=132×85%/93%×0.32≈38.6元；總費用=54.9+38.6=93.5元；小電量配置快速充電模式較大電量配置慢速充電模式，單車單日充電增加成本為：93.5-67.5=26元。

該線路城市客車，按照一年360天運營，運營8年，小電量配置快速充電模式較大電量配置慢速充電模式，單車增加成本為：26×360×8≈7.5萬元。

4)充電設(shè)備。大電量配置慢速充電模式，充電機配套功率一般為電池儲能的2～4倍[7]，充電設(shè)備與車輛配比為1∶(2～4)[8]。如以上案例中，車輛夜間停運充電時間為7 h，按照充電機和車輛配比1∶4，則充電機功率為：車輛電池能量×4/(夜間充電時間×充電效率)=231×4/(7×0.93)≈142 kW，可匹配150 kW功率充電機；充電機數(shù)量為：線路車輛數(shù)/充電機和車輛配比=22/4≈6臺。設(shè)1臺150 kW充電機價格約9萬元，則該線路匹配6臺，充電機的成本約54萬元，折合至線路車輛，單車成本約2.5萬元。

小電量配置快速充電模式，充電設(shè)備與車輛配比為1∶(8～10)，充電設(shè)備少，白天利用進站間歇補電，充電設(shè)備利用率高[9]，但電池充電安全性有待市場驗證[10]。如以上案例中，白天車輛間隔時間為15 min，往返時間為2 h，車輛往返時間內(nèi)1臺快充設(shè)備可為8輛車充電，故快充設(shè)備和車輛的配比為1∶8，快充設(shè)備數(shù)量為：線路車輛數(shù)/快充設(shè)備和車輛配比=22/4≈3臺。根據(jù)目前市場快充車輛電池信息[11]，電池充電電流可達到500 A，充電電壓為600 V，則快充設(shè)備匹配功率為300 kW，其成本約38萬元，則該線路匹配3臺，快充設(shè)備成本為：38×3=114萬元，折合至線路車輛，單車成本約5.1萬元。

充電設(shè)備方面，小電量配置快速充電模式較大電量配置慢速充電模式，單車增加成本約2.6萬元。

5)車輛方面。小電量配置快速充電模式，電池能量少，車輛購置成本低，整車重量輕，用材少，同時在車輛報廢后電池二次回收帶來的污染少[12]。如以上運營案例中，小電量配置快速充電模式較大電量配置慢速充電模式，單車電池減少電量約99 kWh，設(shè)1 kWh電池能量價格約為1 550元、質(zhì)量約為6 kg，則單車成本減少約15.4萬元、電池質(zhì)量減少約594 kg；車輛重量減少還會降低車輛使用材料、制造成本；但車端需增加快充充電接口。綜合考慮，小電量配置快速充電模式單車成本減少約12.5萬元。

根據(jù)以上分析，結(jié)合市場產(chǎn)品價格，小電量配置快速充電模式較大電量配置慢速充電模式，單車購置成本及使用8年運營成本，綜合后共節(jié)約成本約12.5-2.6-7.5=2.4萬元，同時單車質(zhì)量可減少約594 kg(可減少整車用材)。

該方法可同樣用于純電動城市客其他線路及車型分析，如另外某線路10.5 m純電動城市客車的對比分析結(jié)果為：小電量配置(180 kWh)快速充電模式較大電量配置(300 kWh)慢速充電模式，單車購置成本及使用8年運營成本綜合后節(jié)約成本約3.6萬元，質(zhì)量減少約700 kg。

3 結(jié)束語

通過分析具體線路的運營情況，如車輛首末班發(fā)車時間、單圈運營里程、全天運營圈數(shù)、全天補電區(qū)間等，合理規(guī)劃車輛充電時間，小電量配置快速充電模式可有效降低車輛成本及減少車輛重量，有效節(jié)約電動汽車成本，經(jīng)濟效益顯著，具備廣闊的市場和應(yīng)用前景。