淺談動力鋰離子電池對純電動公交車發展的影響

趙 治

（盤錦職業技術學院，遼寧 盤錦 124000）

引言

城市公共交通最早出現于英國，1829年英國倫敦出現了第一輛馬拉式公共馬車，至今已有160多年的歷史。

公共汽車，即巴士或大巴，是客車類中大、中型客車的典型車型，是為專門解決城市和城郊運輸而設計及裝備的商用車。

一般來說，公共汽車是最為普遍的一種大眾運輸工具，高效、價廉是他的最大優勢。隨著中國城鎮化的發展，使城市人口和地域不斷增加，對公共交通的需求相應快速增長，要求公共交通企業投入更多的客車。

電動公交車，是指以車載電源為動力，電動公交車選配合適的車載蓄電池或電纜供電設備提供電能驅動行駛的公交車。電動公交車主要是指純電動公交車，全部使用電能行駛[1]。傳統的燃油公交車、燃氣公交車耗能嚴重，而且發動機引擎存在著很大的噪音污染。純電動公交車采用動力電池驅動，噪音低，能源利用率高、環境污染小，因此逐漸受到人們的喜愛和重視。但目前全面推廣純電動公交車，仍然存在一些技術上的問題。

1 動力電池能量密度低問題

目前，公認動力電池是制約電動公交車發展的瓶頸。車載動力電池可分為（1）化學電池，如鋰離子電池、燃料電池（2）物理電池，如超級電容、飛輪電池（3）生物電池，如微生物電池、酶電池，本文僅探討化學電池里的鋰離子動力電池。化學電池主要有傳統的鉛酸蓄電池、鎳氫電池、鋰離子電池，其中鉛酸電池能量密度比較低，比較笨重，主要應用于電動自行車、低速電動微型汽車上；鎳氫電池主要應用于混合動車，比如豐田的普銳斯；鋰離子電池是目前車載動力電池的主流，主要有磷酸鐵鋰、三元鋰、錳酸鋰等[2]。

鋰電池具有安全可靠、工作電壓高、無記憶效應等優點，鋰離子電池能量密度比鉛酸電池高許多，但其能量密度仍較低，造成電動車單次充電續駛里程較短，更重要的是電池成組循環壽命低[3]。以磷酸鐵鋰為例，其比能量基本在70Wh/kg，以盤錦市 30路公交車為例，其每天行駛里程（3次往返：火車站--遼河大橋）約360公里，按1kw/h能跑2公里計算，電池重量將達到約3噸，另外電池體積也將非常巨大，增加整車的高度。因此建議動力電池制造企業將電池分散化、模塊化，便于安裝和布置。因此，能量密度低是目前車載動力電池的首要問題，研發并采用能量密度比更高、體積更小的新型汽車動力電池將是未來的必由之路。

2 動力鋰電池壽命不長問題

動力鋰電池一般循環壽命1000次以上。動力鋰電池（組）由單體電池組成，單體電池制造時存在個體差異無法避免，另外單體電池使用過程中的環境差異，也會加大單體電池間的性能差異，導致性能電池惡化，使電池組的循環壽命相對單體電池縮短。動力電池的壽命主要由單體電池的一致性決定，而電池管理系統將對阻止電池一致性的劣化起到關鍵作用，因此需要加大電池管理系統的研發，開發更先進的電池管理系統。

動力鋰電池一旦壽命終結（續駛里程明顯縮短），不應變成廢鐵一塊丟棄一旁，而是應該由電池制造企業以較高的價格回收再利用，這不僅涉及到環境問題，也涉及到經濟問題，因為動力鋰電池造價非常昂貴，決定著公交車的使用成本、經濟效益。循環往復、回收再利用是非常重要的，廢舊電池的回收價格應該比較高，也就是說電池制造企業用很小的代價就能使電池恢復到全新狀態，因此這是未來電池制造企業的研發重點。

3 動力鋰電池充電時間

車載動力鋰電池從電能補充上來說，基本分為更換、充電兩大類，而充電模式基本上分為慢、快充兩種[4]。

（1）更換

這種模式是采用在就近的公交充電站更換已經充滿電的電池，換下的電池放在公交充電站（樁）充電，由專人負責看守，上文已經探討過，受制于鋰離子動力電池目前的體積和質量因素，想快速更換比較麻煩，因此暫時不予考慮這種方式。

（2）慢、快充

慢充和快充是相對而言，這里先解釋一下充電速度單位。充（放）電速度單位是充電倍率（符號為C），充（放）電倍率的基本含義是指電池在規定的時間內充（放）其額定容量時所需要的電流值，它在數據值上等于電池額定容量的倍數。通俗地解釋如下：

一輛車在出廠時，其車載電池容量固定好了。不同規格車輛，其車載電池容量是不同的，1C（1倍率）是一個相對概念，不同規格車輛，其電池容量是不同的[5]，但是都規定為1C；

1C的速度概念是，理論上1個小時能把車載的電池電容量全部放完了(或者充滿)（實際由于損耗時間略長）。因此如果希望5分種能把自己車輛電池充滿，則要求的電池充電倍率至少為12C。

2017年工信部對快充電池補貼的規定是充電倍率3C起步，最高15C。通過計算，3C=20分鐘，15C=4分。如果定義 4分鐘為快充（15C倍率），其他低倍率則為慢充，而以15C充電時（不考慮電網負荷、充電站電纜等因素），單就現階段動力鋰離子電池自身來講，就會產生很多不安全的因素，如由于電流過大，溫度過高導致的起火、爆炸等【6】。因此動力鋰電池若想大倍率充電，可以考慮如何有效降低電池的充電溫度、電池內阻的問題。

目前、純電動公交車比較好的方式就是車輛空置時低倍率充電，比如晚上停放時，這時電網負荷低、時間充足，但仍需要有專人看守負責，避免意外發生。

4 小結

毋庸置疑，純電動公交車由于噪音低，舒適性好、對環境污染小，其必定是未來公共交通的主要運載工具，本文僅對車載鋰離子動力電池進行了簡要的分析并提出了一些個人觀點，限于現階段動力鋰電池技術的制約因素，其能量密度、續駛里程、充電時間等有待進一步提高和大力研發，期待未來有更新的技術、更好的車載動力電池（超級電池）的盡快出現。

[1] 李忱.淺談我國電動公交車發展的必要性[J].車輛與動力工程,2017.06上:141-142.

[2 ]馬學美,崔毅.動力鋰電池技術發展趨勢和投資策略研究[J].華南理工大學學報（社會科學版）,2011.13(1):5-8.

[3] 趙侃.基于電化學模型的電動公交車續駛里程預測及分析[J].公路交通科技,2013.30(8):153-158.

[4] 唐葆君,劉江鵬.我國純電動與混合動力公交車發展的經濟分析[J].中國能源,2013.35(8):37-41.

[5] 王家良,李軍.車用快充動力電池及其應用[J].城市公共交通,2015.07:25-26.

[6] 汪晉寬,李巖,韓鵬,韓英華.電動公交車充電站運營體系的動態建模[J].東北大學學報（自然科學版）,2013.34(8):1065-1068.