新形勢下新能源純電動公交車的運營管理研究

石紅云

上海城市交通設計院有限公司

0 引言

發展新能源汽車是我國應對氣候變化、推動綠色發展的國家戰略舉措。城市公共交通出行頻率高，新能源公交車的推廣對實現能源可持續發展，減少環境污染意義重大。以上海市為例，全市擁有公交車約 1.77 萬輛，截止 2019 年 11 月，已投放各類節能和新能源公交車約1.1 萬輛，占比約61.76%。

根據上海市“綠通行動方案”和“治柴行動方案”的要求，純電動公交車將加大投放力度，優化公交車能源結構。到2020年底前，中心城區、郊區建成區內公交車全部更換為新能源車。

為更好地用好新能源公交車輛借助新能源數字化、信息化管理基礎，提升新能源公交車輛運營管理效率，本文以新能源純電動公交車輛為研究對象，從能源方式、場站設施、維修模式等方面對比分析其與燃油公交的區別，分析純電動公交運營管理面臨的新挑戰和新機遇，提出傳統公交企業新能源純電動公交車輛運營管理的相關建議。

1 新能源公交車輛發展趨勢

根據工信部發布的《新能源汽車產業規劃（2021-2035年）》（征求意見稿），力爭通過15年的努力，純電動汽車將成為主流，燃料電池汽車實現商業化應用，公共領域用車全面電動化[1]。

從純電動公交車的發展趨勢來看，純電動公交車向著網聯化、智能化、低碳化、輕量化發展。充電技術向大功率、智能化方向發展，充電模式以常規充電為主、快充為補充，同時具備快充及常規充電兼容。車輛性能方面將進一步提升續駛里程、安全性、舒適性、美觀性及智能化水平。

2 純電動公交與燃油公交的區別

2.1 純電動公交車輛核心部件是以電池、電機、電控為主的電動部件

以“SWB6121EV 型”純電動公交車為例，純電動公交車主要由電力驅動系統、底盤、車身、電氣設備等組成，其中驅動控制系統是純電動車的核心。動力蓄電池儲存并向電機提供電能，電機控制器把電池的電能轉換為電機需要的形式，電機則把電能轉換成機械能并通過變速箱驅動車輛。動力系統的工作原理如圖1所示。

圖1 純電動公交車動力系統工作原理

2.2 充電系統成為純電動公交的基礎支撐系統，與燃油公交車相比需要更長的能源補給時間

目前，上海純電動公交車輛主要采用接觸式充電，包括常規充電及快速充電兩種[2]。常規充電模式是采用直流輸出方式為車輛動力電池充電，主要應用于公交停保場內車輛夜間充電。充電設備功率主要有60 kW和120 kW兩種模式。從充電時長來看，一臺續航里程約300 km 的12 m 公交車，采用60 kW 充電功率充滿電約5 h，120 kw 充滿電約2.5 h。

快速充電是以大電流短時間為電動公交車輛提供短時充電服務，充電倍率為1 C 以上。快速充電主要應用在首末站及樞紐站，利用車輛運營間隔時段進行快速補電。以上海奉賢BRT 為例，首末站采用下壓式充電弓快速充電（如圖2），下壓式充電弓充電功率約360 kw，充電電流約500 A，根據每臺車充電前剩余電量不同，一輛12 m 公交車充滿電時長約7-11 min。

圖2 奉賢南橋BRT快充充電站

2.3 新能源純電動公交車輛信息化、智能化水平提升

新能源汽車融匯了新能源、新材料和互聯網、大數據、人工智能等多種變革技術，推動車輛從單純交通工具向移動智能終端、數字空間轉變。新能源純電動公交車實現了整車CAN 系統全覆蓋，信息量爆發式增長，網聯化新趨勢，給車輛數字化管理帶來新機遇。新能源純電動公交車與燃油公交車相比，車輛更加智能，實現了輔助駕駛、主動防護的功能，且隨技術發展車輛智能化水平將進一步提高（純電動公交與燃油公交車對比如表1）。

3 純電動公交運營管理的挑戰及機遇

3.1 對充電設施的需求及場站安全管理提出更高要求

1）能源方式的變革，帶來充電設施的建設需求，伴隨車輛不斷投放，充電設施不足問題成為公交企業普遍面臨的困難之一。以上海久事公交為例，2020 年新能源公交車輛總量約達到6 700 輛，充電車位需求約6 350 個，充電設施缺口約1 100個。充電設施不足一方面是由于本身停車用地不足，部分車輛夜間停放在樞紐首末站或者臨時用地，場站用地不足制約了充電設施的建設。另一方面新能源充電技術迭代更新快，初期建設的充電設施受技術條件限制多為單樁（槍）充電模式，充電效率低，無法實現電力資源的后臺調配，存在充電資源的浪費（見圖3）。

圖3 久事公交在中心城區及郊區建成區公交線路分布圖

2）滅火方式的差異，對場站安全管理提出更高的要求。純電動公交車輛跟燃油公交在滅火方式上存在差異，純電動公交車電池是無氧燃燒，只有通過大量的水降溫才可以阻燃。一般的干粉或泡沫滅火器無法阻止電池燃燒。電池燃燒比普通柴油車燃燒的時間更長，在對建筑的防火要求遠高于柴油車，對場站安全管理提出更高要求。

表1 純電動公交車與燃油公交車對比分析

3.2 純電動公交車信息化運營管理有待提升

車輛信息化管理有待提升。新能源公交車實現了整車CAN系統全覆蓋，車輛信息量及信息維度有爆發式增長，而傳統公交企業信息化管理尚處于起步階段，大量車載數據未充分利用，車輛信息化管理及大數據應用有待提高。

公交調度、車輛運營及充電缺少統籌管理。傳統公交線路調度主要依據客流需求變化來調度發車間隔。純電動公交車輛實時帶電狀態（剩余續航里程）及充電排班成為線路調度需要統籌考慮的新因素，目前“充電”、“調度管理”雙系統，如何統一運營給企業帶來新的挑戰。

3.3 車輛構造的差異，使得車輛維修模式及維修隊伍亟需轉型

車輛的維修模式與燃油車輛差異大，傳統的維修經驗失靈，但純電動車輛的電動器件更容易實現實時監測，進行故障預測診斷，維修模式也由以維修為主向診斷加維修轉變。維修技術人員的需求由機械工向高低壓電工轉變，而現有的“傳、幫、帶”模式來培養新能源車輛的維修人才約需2～3 年時間，無法滿足新能源車輛維修的需求。

4 純電動公交車輛運營管理建議

4.1 總體思路

新能源純電動公交的運營管理應首先保障新能源車輛的基礎設施及場站安全管理。其次，建設車輛信息化管理平臺，在車輛信息化管理基礎上，對接公交車輛調度平臺、充電設施平臺、場站管理平臺，逐步形成傳統公交企業信息化管理模式，同時提前謀劃，做好大數據及信息化管理人才儲備（見圖4）。

4.2 方案建議

1)應用充電新技術及信息化管理手段，提升設施利用率

加強智能群充及大功率快充等智能化、新技術應用，提升充電設施效率。智能群充技術即將充電站內全部或部分智能充電模塊及監控系統集成在一起，利用計算機控制技術對充電模塊進行集中控制及動態分配，為車輛提供電能。智能群充與傳統單樁充電技術相比，具有功率共享、柔性充電及平滑擴展等技術優勢。目前，場站充電存在進場初期“電等車”，車輛大規模進場后“車等電”的痛點，智能群充可結合車輛進場狀況，進行充電資源的調配（見圖5）。

圖4 新能源純電動公交運營管理總體思路

圖5 車輛進場與場站內電容量關系

根據場站充電設施建設能力不同，采取差異化充電策略。對于公交停保場，建設充電樁泊位占比在80%以上的場站，建議將傳統單樁充電改造為智能群充技術，充分利用涓流充電時段資源。建設充電樁泊位占比在80%以下的場站，可采取大功率快充與智能群充相結合的方式，在車輛進場初期大功率快充，提升充電設施周轉效率，在車輛大規模進場后（如24：00之后）采取智能群充策略，規劃車輛的停車順序，以18個車輛為一組，依次停放在A、B、C 區。當A 區車位充滿電之后，進行B 區的充電過程，然后C區（如圖6），減少人工倒車。對于公交樞紐、首末站，建議采用大功率快充技術，利用線路發車間隔時間進行補電。

圖6 車輛大規模進場后充電流程示意

2)利用信息化手段，統籌充電資源，科學制定車輛充電計劃

統籌管理停車場內部充電設施資源，結合車輛進場情況制定科學的充電計劃，提升充電設施利用效率。搭建充電設施管理平臺，統籌各場站的充電資源，根據車輛續航里程的不同和車輛調度排班計劃，利用白天充電空閑時段，制定車輛錯峰補電計劃，彌補夜間充電資源不足。

3)提升場站管理智能化水平，重視場站安全監管

根據新能源車輛維修、停放、充電需求，重塑作業流程，優化場站布局。場站內部新能源公交車應與燃油公交車分區、分層停放。場站建設和改建時，應符合新能源公交車的消防和環保要求，新建場站應滿足《電動汽車分散充電設施工程技術標準》GB/T51313-2018、《汽車庫、修車庫、停車場設計防火規范》GB 50067 等相關防火規范要求[3]。

加強場站安全監管，完善現有場站智能監控功能，包括車輛進出場、充電、維修過程中的實時監控。建設場站智能管理平臺，統籌各場站的智能化管理。

4)建設車輛智能管理平臺，用好車輛信息數據，實現車輛全生命周期管理

建設車輛智能化管理系統，實現車輛各部件從出廠到報廢，從進場、充電、維修到出場、運營，全過程、全生命周期的數字化監管。利用大數據技術分析車輛數據（包括車輛運行狀態、保養次數、各部件故障及維修次數等），對車輛性能進行綜合評估，結合車輛維修保養成本分析，為車輛的采購及彈性報廢做技術支撐。未來車輛報廢可以不再是一刀切模式，而是對每輛車進行科學測評，實現差異化的報廢年限，通過對不同廠家、不同車型、車輛表現進行科學評估，指導未來車輛采購。

5)將車輛管理、充電管理及線網調度相互融合，優化線路調度模式

不同車型、不同使用年限的車輛續駛里程不同，將車輛實時狀態、充電計劃及線網調度相互融合，優化線路調度模式。在運營過程中靈活調度，及時了解新能源公交車的運行位置、行車間隔等信息，適時掌握每臺車輛的運行狀況。車隊可以根據現有條件靈活運調，避免營運資源浪費，減少車輛調配盲目性。如在車輛運行過程中，突發車輛電量不足問題（帶電量剩余30%以下），可結合周邊充電設施的分布情況，就近場站進行補電，調度中心調配附近公交車頂替補電車輛運營（見圖7）。

圖7 突發車輛電量不足解決思路示意

6)探索新的車輛維修模式

目前,新能源車輛維修模式主要有專業自主維修模式、自主維修與購買服務混合及自主維修為主、委外維修為輔三類。

專業自主維修模式，有利于企業自身維修專業技能提升及自主經驗積累，但對人員素質要求高，需引進專業人才，不利于現有人員技能結構轉型，產生人員富余問題。自主維修與購買服務混合模式是將專業性較強模塊系統交由專業廠商購買維修服務，該模式可以解決現有維修困境，快速保障需求，但不利于企業自主維修能力提升，成本質量控制難。自主維修為主、委外維修為輔模式是指與生產企業建立聯合培訓機制，對現有員工維修技能培訓，專業性較強模塊以車企及電池廠商為主，公交企業為輔，對員工進行現場作業指導，逐步自主掌握維修技能。公交企業可結合自身的條件及需求選擇適合的維修模式。

5 小結

新一輪科技革命和產業革命的孕育興起，新能源汽車也進入了加速發展的新階段。純電動公交車作為新能源推廣主力，如何應對純電動公交對于企業帶來的運營管理挑戰，推動企業運營管理的升級至關重要。本文分析了純電動公交區別于燃油公交車的新特征，針對新能源公交運營管理現狀問題，從充電設施配套、場站安全管理、車輛管理、線路調度及維修模式等方面，提出發展建議及方向，以期在新能源公交車輛加速發展的關鍵時期，為傳統公交企業新能源公交車的運營管理提供發展思路和方向。