第第頁電動(dòng)公交車充電需求及其對(duì)運(yùn)營調(diào)度的影響分析【摘要】電動(dòng)公交車以電能替代了燃油，從根本上改變了傳統(tǒng)公交車的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)方式，但電動(dòng)公交車的運(yùn)行受到電能獲取的限制，在實(shí)際運(yùn)營調(diào)度時(shí)應(yīng)充分考慮續(xù)航里程約束和充電時(shí)間的約束、從整個(gè)行車區(qū)域的角度來合理安排，以提高電動(dòng)公交運(yùn)行效率。

【關(guān)鍵詞】電動(dòng)公交車；運(yùn)營調(diào)度；續(xù)航里程；充電時(shí)間

電動(dòng)公交車主要是指純電動(dòng)公交車，全部使用電能行駛，相比于傳統(tǒng)公交車具有節(jié)能減排、低噪穩(wěn)定的特點(diǎn)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國每輛公交車日行駛里程約250公里，消耗燃油105升，使用電動(dòng)公交車每輛每年可節(jié)省燃油38325升。

但電動(dòng)公交車的運(yùn)行受到動(dòng)力電池容量的限制，電池容量的大小直接決定了電動(dòng)公交車?yán)m(xù)航里程的長短，因此需要在充分考慮公交運(yùn)行時(shí)間及線路的基礎(chǔ)上，通過電池電量補(bǔ)充或電池更換的方式來防止電動(dòng)公交車由于電量不足影響其正常運(yùn)行，避免由此給乘客和運(yùn)營調(diào)度帶來不便以及所帶來的安全隱患。

一、純電動(dòng)公交車動(dòng)力電池的充電模式

電動(dòng)公交車以電能替代了燃油，從根本上改變了傳統(tǒng)公交車的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)方式，電能的供給方式主要有直流充電和電池更換兩種方式。直流充電是指由非車載充電機(jī)完成交直流變換，充電功率較大，從幾十千瓦到上百千瓦，充電時(shí)間較長，充滿約需要3個(gè)小時(shí)；電池更換方式是指用事先充滿電的電池組更換車輛上的電池組，基本可在5-10分鐘完成電池更換，可實(shí)現(xiàn)電能的快速補(bǔ)給。

一般來說，公交車運(yùn)行的線路固定、發(fā)車間隔固定，其運(yùn)營調(diào)度安排比較規(guī)律，因此純電動(dòng)公交車動(dòng)力電池的充電模式也比較清晰，目前采用的充電模式主要有以下四種：

（一）整車充電模式

整車充電模式是指每輛純電動(dòng)公交按照行駛線路和發(fā)車序列運(yùn)行幾次后，根據(jù)調(diào)度進(jìn)入指定充電站進(jìn)行充電，直到充滿為止；充電結(jié)束后，再次投入運(yùn)行。這種充電模式適用于車輛數(shù)充足、線路較短、充電場(chǎng)地較大、充電設(shè)備設(shè)施完備、充電時(shí)間短、補(bǔ)充電能速度快的電動(dòng)公交線路。

（二）集中充電模式

集中充電模式是指每輛純電動(dòng)公交在充分考慮續(xù)航里程的前提下，按照行駛線路和發(fā)車序列運(yùn)行，待電能用到不足以完成一個(gè)完整的序列時(shí)，當(dāng)天停止運(yùn)行，進(jìn)入指定的充電站進(jìn)行集中充電，將己消耗的電能全部補(bǔ)充完畢。這種充電模式適用于線路乘客較多、電池容量大、白天充電難以調(diào)度的情況，這種充電模式可以利用夜間負(fù)荷低谷時(shí)充電，可以降低充電所消耗的電費(fèi)，降低運(yùn)營成本。

（三）補(bǔ)充充電模式

補(bǔ)充充電模式是整車充電模式和集中充電模式的結(jié)合，是指每輛純電動(dòng)公交按照行駛線路和發(fā)車序列運(yùn)行幾次后，根據(jù)動(dòng)力電池電量使用情況（電量低于某一數(shù)值后），進(jìn)入指定充電站進(jìn)行充電，待電池電量充到一定比例后（一般應(yīng)能滿足當(dāng)天剩余的運(yùn)營需求），再次進(jìn)入發(fā)車序列，完成當(dāng)天的運(yùn)營計(jì)劃后，再次進(jìn)入指定充電站，等待夜間進(jìn)行集中充電。

（四）電池更換模式

電池更換模式是指純電動(dòng)公交按照行駛線路和發(fā)車序列運(yùn)行幾次后，進(jìn)入換電站進(jìn)行更換電池，將充滿電的電池?fù)Q上，即刻再次進(jìn)入發(fā)車序列，換下的電池在換電站或指定的地點(diǎn)進(jìn)行集中充電。這種模式僅需較短的時(shí)間即可是電動(dòng)公交車換上充足電的電池，不影響正常的營運(yùn)；但需要有充足的、可替換的、充滿電的備用電池。這種充電模式適用于每天發(fā)車次數(shù)較多、車輛停運(yùn)充電影響線路調(diào)度的情況，但是必須要有充足的可更換的電池。

二、電動(dòng)汽車動(dòng)力電池

（一）動(dòng)力電池的類型和參數(shù)

目前，電動(dòng)汽車的動(dòng)力電池多采用鋰電池，主要包括磷酸鐵鋰電池和錳酸鋰電池，相對(duì)于氫鎳電池、鎳鎘電池，鋰電池的特點(diǎn)是體積小、重量輕、壽命長、工作電壓高、無污染低以及安全性能好等，其中磷酸鐵鋰電池的壽命更長、安全性能更高。鋰電池的類型與參數(shù)如表1所示。

表1電動(dòng)汽車主要鋰電池的類型和參數(shù)

（二）電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航里程的影響因素

電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航里程的影響因素主要包括：電池容量、車輛行駛速度、車輛負(fù)荷、環(huán)境溫度、風(fēng)速、充放電的時(shí)間與次數(shù)等。電池容量是影響電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航里程的主要因素之一，電池容量的大小直接決定了電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航里程的長短，最理想的行駛狀態(tài)是勻速行駛，頻繁起步、加速、急停等都不利于電池壽命的延長。環(huán)境溫度對(duì)電池的工作特性和工作效率的影響也較大，一般來說低溫時(shí)電池放電效率較低，實(shí)驗(yàn)表明當(dāng)環(huán)境溫度變化時(shí)，電池的充電時(shí)間、充電機(jī)數(shù)量及充電功率需求都會(huì)發(fā)生變化，通常情況下在45℃左右時(shí)電池的各項(xiàng)性能最好，而在-20℃時(shí)電池的容量將下降到45℃時(shí)的60%。

三、純電動(dòng)公交車的運(yùn)營調(diào)度

（一）公交客流的特點(diǎn)

人們利用各種交通工具去滿足各種出行需求而形成的且目的性強(qiáng)的人員流動(dòng)叫做客流。它是包含了流量、流向和流時(shí)等因素的基于定時(shí)、定向、定運(yùn)輸線路的旅客流動(dòng)，是處于不斷變化的狀態(tài)，因此公交客流具有時(shí)間和方向上的不均衡性，這種不均衡性將在實(shí)際中影響著公交車的發(fā)車計(jì)劃和發(fā)車頻率。公交客流的不均衡性具體表現(xiàn)如下：

1.時(shí)間上的不均衡性

隨著季節(jié)月份的變化，公交客流量也會(huì)有一定的起伏波動(dòng)，例如夏季的客流量就會(huì)低于春秋兩季的。同時(shí)，在一周之內(nèi)，周一至周五均有早晚兩個(gè)客流高峰，周末變化相對(duì)平緩；在一天之內(nèi)，各小時(shí)上的客流分布也不盡相同，在上下班時(shí)段會(huì)形成客流高峰，這情形在工作客流比重大的線路上表現(xiàn)尤為突出。

2.方向上的不均衡性

在同一線路、同一時(shí)段內(nèi)，上下行客流量不一定都相同，有時(shí)存在較大的差異。譬如在上學(xué)時(shí)段學(xué)生客流的變換，上下班時(shí)段上班族的高峰擁擠等。

（二）純電動(dòng)公交車的運(yùn)營調(diào)度

以電池為動(dòng)力源的純電動(dòng)公交車，在電池電量不足時(shí)，電動(dòng)公交車必須去充電站快換電池或進(jìn)行整車充電，但是在大部分城市里，充電站等基礎(chǔ)設(shè)施不太完善，有限的充電站難以滿足大數(shù)量的電動(dòng)公交車充電或者更換電池的需要，同時(shí)其在續(xù)航里程方面的缺陷使得每輛電動(dòng)公交車的充電間隔為三到四小時(shí)；而傳統(tǒng)的加油站數(shù)量大并且銜接緊密，方便傳統(tǒng)公交車補(bǔ)充能源，并且傳統(tǒng)公家車加滿油之后的續(xù)航里程比純電動(dòng)公交車要大的多。

所以，在進(jìn)行電動(dòng)公交車輛運(yùn)營調(diào)度時(shí)，應(yīng)防止出現(xiàn)長時(shí)間大電流放電的情況，以保障車輛安全運(yùn)行，同時(shí)要確保電動(dòng)公交車的電池荷電狀態(tài)值在返回停車場(chǎng)途中也維持在合理的區(qū)間，以防止蓄電池因過度放電而導(dǎo)致快速衰減進(jìn)而縮短使用壽命。純電動(dòng)公交車在運(yùn)營調(diào)度時(shí)，應(yīng)首先滿足電動(dòng)公交車對(duì)續(xù)航里程的要求，以避免車輛無法完成車次任務(wù)，在中途拋錨；然后必須滿足對(duì)充電時(shí)間的需求，以確保執(zhí)行車次任務(wù)的車輛均是已經(jīng)充電完成的，而不是正在停車場(chǎng)充電。因此，電動(dòng)公交車運(yùn)營調(diào)度問題是基于有續(xù)航里程約束和充電時(shí)間約束的常規(guī)車輛調(diào)度問題。

四、結(jié)語

電動(dòng)公交車的續(xù)航里程主要影響著其實(shí)際運(yùn)行特性，對(duì)于整車充電的車輛，其充電時(shí)間也影響著其實(shí)際運(yùn)行特性。而放電深度又是影響著續(xù)航里程的重要因素，因此電動(dòng)公交車的運(yùn)營調(diào)度受到續(xù)航里程約束與充電時(shí)間的約束。因此在實(shí)際運(yùn)營調(diào)度時(shí)，應(yīng)從整個(gè)行車區(qū)域的角度來合理安排，以提高電動(dòng)公交運(yùn)行效率，降低使用成本。

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