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机务入门必读:纯电动公交车应从哪几方面节能降耗?

2021-10-27 作者:潘毅勇 吴凯文 来源:湖州公交

  公交行业发展到今天,全国各地纯电动车辆已日益普及,其使用成本,尤其使用成本中的能耗问题,已成为所有公交公司关注的重点。

  不同于传统车辆,纯电动公交的能耗不能再按百车公里油耗来计算,而是要按百公里用电量来计算。

  但由于影响电动车辆的电耗因素很多,因此,如何降低车辆使用成本,管好整车能耗;如何对纯电动车的能耗(电耗)进行考核,不但是提高续航里程和经济性的有效手段,也是值得我们共同探讨的一个新课题。

  一

  实现碳达峰、碳中和是一场全民硬仗,而交通运输既是能源消耗和碳排放的重要来源,也是推动绿色发展、实现碳中和的关键领域,因此,大力发展绿色交通、着力优化交通运输布局,推进节能减排刻不容缓。

  近年来,湖州市公交在推动绿色出行、促进绿色生活方式方面发挥着日益重要的作用,在政府及行业主管部门的大力支持下,湖州市“国家公交都市”的创建以及公交优先引领“美丽公交”品牌的创建正在稳步进行中,“坐公交看见美丽湖州”,已成为当地的一种生活方式。

  目前全国公交车电动化比例逐年提高,而湖州城乡公交均实现电动化,现已有纯电动公交车一千余辆,比全国大多数同级城市提前实现了公交车纯电动全覆盖。

  作为机务工作人员,笔者和团队人员长期工作在一线,对新能源公交车,尤其是电动公交车的更新迭代、技术发展等方面不断学习,与主机厂、三电等配套企业技术人员深入交流,对电动公交车的能耗(电耗)进行了系统的分析和思考,现分享给同行,希望能与更多的朋友探讨:

  二

  纯电动车与传统的燃料车辆(燃油、CNG、LNG)有所不同,我们通常的燃料车辆的能耗是按百车公里消耗燃料量来计算。而纯电动车辆能耗是按百公里用电量来计算的。

  由于影响电动车辆的能量消耗因素很多,而且纯电动车的耗能(电)也与传统车辆不同:

  传统车辆上的空调、空压机、转向泵、水泵等由发动机带动,而ATS(热管理)、除霜机、电子线路牌、导乘牌、多媒体系统、全景风道广告灯箱、电子后视镜、车内监控系统、行为规范仪等其它独立用电设备都是由发电机和蓄电池供电工作的。对能耗影响很小。

  纯电动车上的空调、除霜机、空压机、转向泵、水泵、ATS(热管理)、电子线路牌、导乘牌、多媒体系统、全景风道广告灯箱电子后视镜、车内监控系统、行为规范仪等其它独立用电设备都是以功率、使用时间来计算用电量的,还有在不同的行车环境所消耗的电能也会有所不同,还有整车控制策略等与传统的燃料车有所不同,而驾驶员操作、道路因素、零部件的性能、传动效率、整备质量等与传统的燃料车基本相似。

  以上这些都会直接影响整车能耗。

  因此,本文只对纯电动车辆的能耗(电耗)统计上需要考虑的一些因素,结合实际工作,谈一下笔者的看法,希望能对同行有所帮助:

  三

  车辆的能耗主要取决车辆、驾驶、环境(包括道路)因素;

  1、驱动电机(额定/峰值功率100kw/200kw):

  驱动系统由驱动电机、驱动电机控制器构成,驱动电机是动力系统的执行机构和电能转换成机械动能的桥梁,是纯电动车行驶的动力源。但驱动动力的传输和车辆实际的使用情况都会对能耗产生影响。

  动力传动系统包含驱动电机、传动系统等,但动力传输过程中机械部分会损失大量动能,作为驱动系统中重要的一环,传动效率对电机工作效率的影响至关重要,也是导致能耗差异的因素之一。

  可见,传动效率间接影响着耗能。如改进电机技术,提高电机效率,改善润滑系统,减小传输阻力,提高传动效率,最大限度传输动能。还有值得推敲的轮毂电机系统,它精简了大部分传动部件,将驱动、传动、制动整合,简化机械部分,减重的同时减少动能传输路径,都可以达到节能减耗的效果。

  另外,驱动电机只在车辆停止状态下不工作,然而城市公交运营模式的特殊性,行驶途中需频繁的靠站,频繁的起步和刹车,车辆也无法运行在合理的节能区间。起步和行驶中尽可能的控制电门,让驱动电机输出保持平稳,使电机处于合理的峰值区间,减少耗能。

  当然电机的的回馈电量效果也是明显的。

  电机的驱动过程是动力电池放电和车辆耗电的过程,而电机的制动和车辆减速制动过程则是由电机向动力电池充电的过程,并将电能储存在动力电池中,进行再次利用。

  正常行驶中,纯电动客车消耗的制动能量约占总驱动能量的一半左右。对预知交通情况提前采取减速、制动措施,合理利用车辆能量回收系统,既能增加电能,又能减少制动器的磨损。

  另外,制动能量回收过程受电机的制动能力、发电能力、电池的充电功率影响,因此,再生制动能量不但要考虑硬件上的损耗问题,同时还需考虑软件上的协调问题。

  2、动力电池:

  动力电池受环境温度影响很大,特别是夏季和冬季,因电池最适宜工作温度区间:15-40℃ 长期处于非适宜温度工作其寿命会缩短,当电池温度低于15℃至0℃或高于40℃至53℃时虽然不会影响行驶,但多少会对电池的功效及寿命有影响,当电池温度低于0℃或高于53℃时,那就会出现充电限流,限放电,高温报警,随着温度越来越低或越来越高,直至无法充电和停车。

  要确保电池的最佳工作状态,就要选择优秀的电池热管理系统来作为保障,其次要避免高温和低温下急加速,平时要认真做好电池和电池热管理系统维护和保养工作,遇到低温天气时务必回场后及时充电(避免电池低温充电)。

  3、电控策略:

  纯电动公交车凭借其清洁、高效、无污染等优点,然而电动车的整车性能在一定程度上取决于完善的控制策略,高效的整车电控策略对纯电动车的经济性和动力性能起着关键性作用,高效的电控策略也是纯电动车节能减耗至关重要的纽带。

  4、空调(5-8KW):

  空调系统是纯电动公交车上功耗较大的辅助设备,仅次于电驱动系统。如果最大限度增加冷凝器的换热面积,提高换热能力及换热效率,加上高效率的变频技术、密封保温措施和新风系统,既可以降低开窗导致的冷热气流失,又保证了车内空气的流动交换。

  另外,温度的不合理设定、车辆的密封性和频繁的开关门等都会对功耗产生影响,合理设定空调的温度,夏季空调制冷设定25℃左右为宜,冬季空调制热设定18℃左右为宜,使用空调时应关严车窗,在气温适宜的时候合理的进行物理通风换气,节能、低碳、环保。

  5、高压除霜机(5KW):

  高压除霜器用于减少前挡风玻璃窗和表面上的湿气、雾气和霜,以改善驾驶员视野,高效的除霜除雾效果有助于提高在特殊天气下的行车安全。

  但需注意使用环境,禁止将高压除霜器当取暖器使用,目前大部门除霜器系统具备过热保护功能,但仍有部分老式的除霜器系统无过热保护功能,非正常使用容易致使除霜器寿命降低,甚至会高温烧蚀损坏,合理根据实际天气、温度情况使用除霜器,降低能耗。

  6、电动打气泵(5kw):

  电动打气泵与刹车系统、空气悬挂、门泵等用气设备紧密关联。电动打气泵品类繁多,但各有利弊。在我们实际的使用中发现,无油活塞式维护保养较方便,维护成本较低,但是故障率较高;有油活塞式维护保养也较方便,维护成本略高,但故障率较低。

  在车辆运行中,电动打气泵的使用频率较高,影响打气泵能耗的主因有很多,如环境温度、进排气压力、机械效率等,打气泵在持续加压至最大压力值时,需要向外界释放热量,压力值到最大值时,需要向外界卸多余的压缩空气,还有空载状态下,都会直接或间接的造成电能的浪费及损耗。

  定期对气泵滤芯进行除灰、更换,检查气路的密闭程度和优良的驾驶习惯都能减少气泵工作频率来降低电耗。

  7、电池热管理系统(4.5kw):

  电池热管理系统的作用是保证和维持电池组在安全的、合理的工作区间内,在电池出现温度异常时及时响应并进行处理。

  动力电池温度的产生主要来自自身充放电时及外部环境,电池的温度水平也直接影响其使用中的能耗、性能、安全性、寿命及使用成本,所以电池热管理系统在整个系统中起着至关重要的作用。电池热管理等同于空调设备,运行时对电量消耗需求较大,特别夏冬两季电耗会有明显的增长。

  在电池温度较高时进行散热,防止电池过温,在电池温度较低时进行预热,提升电池温度,保障电池充放电性能,故夏冬两季电量消耗会有所增加。

  高效的电池热管理系统、良好的驾驶习惯都能让电池保持合适的运行温度,能减少电池热管理系统的工作的频率和工作时间,达到节能减耗的同时防止电池寿命过快衰减。

  8、电动转向泵(3kw):

  现在新能源公交车普遍使用安全性更高的双源电动液压转向泵,它能根据车速的变化改变助力大小,提高车辆驾驶的舒适性和转向的灵活性。

  电动转向泵在空挡停止状态下是不工作的,如长时间等待红绿灯时,可以将车挂入空挡,拉好手刹,以减少转向泵电能消耗。另外提高整车控制器技术,提升转向泵工作效率,合理控制车辆所需的转向力度,转向角度等,获得更精准的转向和更好操控性能,同时减少能耗消耗。

  9、电子水泵(150w):

  纯电动客车主要热源来自驱动电机、电控、动力电池等,而冷却系统主要就是针对这些关键发热部件进行冷却降温,使之维持合理的工作环境和工作温度。

  水泵作为冷却系统的一部分,主要为冷却液提供“动力”,让冷却液及时带走发热源的热量,目的就是保证驱动系统和控制系统在最适宜的温度状态下正常工作。

  水泵的工作功率降低可能导致风扇的工作频率增高,整个冷却系统负荷增加,同时整体散热性能也会降低,从而导致驱动系统及控制系统工作时产生的热量不能及时疏散,进而导致驱动系统及电控系统高温出现故障,甚至抛锚等问题。

  定期检查水泵,对扬程未达标的水泵进行更换,定期清洁冷却系统,除去散热器及冷却风扇表面的泥沙和异物,保证冷却系统以最优的状态运行,做到节能减耗。

  还有其他用电设备就不一一细说了。还有与传统车辆共同之处在此作者不作论述了。

  结语

  总之,驾驶员的操作也非常重要,车辆由驾驶员控制,起步、加速、刹车等日常操作与能耗息息相关,在硬件无法控制改变的情况下,驾驶操作是最具可控性的。与传统车辆同理,起步的瞬时能耗消耗巨大,控制好电门开度缓加电门,缓步提速。

  行驶中应合理控制车速,匀速行驶,杜绝暴力驾驶和急刹急起,做好预判,合理利用滑行和充分利用能量回收系统。良好的驾驶操作习惯是节能减耗的第一关键所在,对车辆各项主要配置的了解也同样重要。

  希望我们公交同行为新能源汽车发展做出自己的努力,希望我们公交行业为国家双碳战略做出应有贡献。

  湖州市公交集团有限公司 潘毅勇 吴凯文

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