王莹
天津市公交集团第一客运有限公司
摘要：推动公共交通领域电动化的推广普及，改善城市环境，有利于公交领域节能减排，而快充技术对公交线路的高效稳定运营起到至关重要的作用。
关键字:快速充电;公共交通;电动化应用;钛酸锂
城市公交客车无法满足载客量的需求，且电池组的成本太高。使得公交公司的运营非常困难，导致纯电动汽车难以推广。最近，市场上出现了一种新型的锂离子电池技术，生产的电池能够实现十分钟快速充电，并且具有超长的循环使用寿命。
这一新技术的出现，给电动汽车的发展带来了一个全新的局面，为我们重新构想城市交通电动化提供了新的视角：首先基于城市的公交网络，建设快速充电站，每一个充电站在建成的同时都能够通过给公交车充电获得可观的营业收入，大大提高了投资收益；随后，随着充电站网络沿着公交路线在城市全面覆盖，几年后，遍布全城的充电网络将为电动乘用车的发展提供最有力的推动。快速充电电池技术为城市公交提供了一个迄今为止最优的解决方案，基于此方案建设的充电站则具有更高的投资收益。因此这一技术的应用必将更有力地推动城市交通电动化的历程。
1.快充技术对城市公共交通电动化的作用
1.1纯电动公交客车的运营现状
自2009年以来，25个新能源应用示范城市陆续投入了纯电动公交客车进行示范运营，然而通过实际运营情况来看，目前常用的磷酸铁锂与锰酸锂电池面临着挑战。
据统计，一条公交线路每日的运营里程为200km左右，以12m纯电动公交客车为例，平均每公里耗电1.2kWh以上，加上空调，每天需要消耗约360kWh的电能。同时考虑到电池组的充放电区间以及寿命期内的衰减，需要装备560kwh以上的电池组才能满足电池寿命周期内的正常使用。
由于成本过高以及重量的原因，目前国内厂家装配的电池容量 最高在300kWh左右，这也造成了车辆在运营一段时间以后日常出勤率降低，纯电动公交节能减排的优势无法体现，公交企业普遍不愿推广纯电动车型。
1.2快充技术路线与应用
常规锂离子电池采用石墨等碳材料作为负极，磷酸铁锂或锰酸锂等材料作为正极，在充放电循环中，石墨负极反复收缩膨胀，导致微观结构塌陷，从而使得电池的容量出现衰减；而在高倍率的充放条件下，加上电化学副反应的影响，寿命受到较大影响。
快充电池采用改性钛酸锂作为负极，配合新型隔膜和电解液，是一款新型电池。快充电池可6C充放电，完全充满电只需10分钟；在6C充放的条件下，循环寿命可达2万次，是磷酸铁锂的10倍以上；平台电压2．2V，安全性更好；充放电效率高，电池发热量只有磷酸铁锂的一半。采用目前市场上新型钛酸锂电池的纯电动公交客车能够实现 10分钟充电；电池具有超长的循环寿命，能够保证电池与车辆同寿命周期。
利用快充电池高倍率充放与长循环使用寿命的优势，快充纯电动公交客车装配满足公交线路单趟或往返行驶所需要的电池即可，同时在公交线路的起始站点设置快速充电站，利用公交客车在停站休息时间对电池快速充电，充电时间少于10分钟。这样就可以满足公交客车的日常运营，而其长使用寿命的特点能够保证车辆在运营年限内无须更换电池。快充与常规充电纯电动客车基本性能比较(见表1)。
1.3快充技术在城市公共交通电动化进程中的优势
当前城市公共交通电动化的推进过程中面临着车辆技术以及配套基础设施建设的双重难题，一是现有的纯电动公交客车技术路线在实际运营过程中存在续驶里程以及电池寿命受限的情况；二是大规模的充换电站场建设所需的投资较大，而在寸土寸金的城市中心地带，场地的投资还会更高。
快充技术能够较好地解决上述问题，从而加速城市公共交通电动化的进程。首先，快充电池的长寿命特性能够控制车辆的长期使用成本，在设计时便已充分考虑电池的可用充放区间及能量损耗对续驶里程造成的影响；其次，由于快充公交客车的充电时间短，意味着其无须大面积的充电场地，降低了充电站土地成本。以一个公交线路车队20辆车为例,与普通纯电动公交车队相比，经测算，快充技术对充电站的使用率更高,充电机总装功率更低,所需场地面积更小,同时也无须对数吨重的电池进行频繁的更换 (见表2)。
通过在充电站配备适当容量的储能电池组,快速充电时瞬间功率的波动可以得到充分的平抑,避免对电网的冲击。同时，储能电池组亦可作为智能电网的一个组成部分，实现调峰和调频的作用。
1.4快充技术在国内外的应用情况
在国外，采用快充技术的纯电动客车在美国已经得到了应用，在日本也有厂商计划将快充电池运用到乘用车领域。
20l7年4月，天津850路开始运营快充纯电动公交客车，微宏动力系统提供了60kWh的快充电池组，电池组重约1．4吨。该线路往返一趟约25km，每辆车每天运行7 趟，单车每日累积行驶180km。在线路终点建有快速充电站，配备一台400kW的充电机。车辆到达终点后采用两把充电枪充电，充电电流约500A，只需8分钟左右可将电池的电量从35％充到95％，充入约40kwh的能量，而后公交车即可再次投入运行。据统计，充电时间大多数为 6～12分钟。截止到2018年4月，这批车辆已经连续运营了一年，在经历了夏冬两季气温的考验，单车累积里程超过25000km，而电池组容量衰减小于3％。到目前为止已经有100辆快充纯电动公交客车在天津陆续投入运营。
2.城市公共交通电动化的未来
一直以来，电动汽车的广泛应用与充电站场设施的建设存在着谁先谁后的矛盾，在电动汽车尚未大规模应用的情况下，充电站建设很难在短期内收回投资。快充充电站相对慢充电站而言，整体投资更低，通过日常的运营收入与未来向个人电动车辆的售电收入，能够快速收回成本；同时利用不断增加的电动化公交线路，在未来能够逐步形成城市充电网络，为城市的电动化未来打下良好的基础。
快充技术为城市交通电动化的进程提供了一条更佳的途径。短期来看，这一技术为城市公共交通电动化提供了一条商业化可行的发展道路；而从长远综合考虑，快充技术对于电动化未来也具有重要的战略意义。
附表：
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注：①以上测算未考虑空调的耗电；
②由于常规充电的纯电动客车配备的电池组更重，其每公里电量消耗实际大小1.2kWh。电池组可使用的充放区间在20%-100%之间，同时在使用周期内有20%的能量损耗，电池组的实际装配容量由此计算得出。
公交客车使用新型钛酸锂电池可快速充电，寿命长，应用于此电池的快速充电技术在公共交通电动化应用中已得到较好的应用，快速充电站也具有较高的投资收益，本应用技术值得推广。
参考文献
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