西寧市純電動公交車?yán)m(xù)駛里程試驗(yàn)對比分析

李恒賓，祝存棟，黃 偉

（青海交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，青海 西寧 810003）

1.引言

2020 年西寧市人民政府發(fā)布了《西寧市進(jìn)一步加快純電動車推廣應(yīng)用支持鋰電新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展的措施》。文件指出，在公交領(lǐng)域，從2020 年起，全市新增和更新的公交車全部使用純電動車。2024 年底前，市公交集團(tuán)運(yùn)營的城市公交線路全部實(shí)現(xiàn)純電動化。

續(xù)駛里程是衡量純電動汽車整車性能的重要性能指標(biāo)。研究表明，高海拔和低溫都會對純電動汽車的續(xù)駛里程產(chǎn)生不利的影響。

西寧市是青海省省會,位于青海省東北部，青藏高原東北部，西寧市區(qū)平均海拔2261 米，年平均氣溫7.6℃，最高氣溫34.6℃，最低氣溫零下18.9℃，屬高原高山寒溫性氣候。惡劣的氣候條件必然會對純電動汽車的各種性能進(jìn)行考驗(yàn)。本文通過理論分析和試驗(yàn)研究，對西寧市純電動公交車在不同氣溫條件下的續(xù)航里程進(jìn)行分析和研究，為該車輛在高原地區(qū)的運(yùn)行提供合理化建議。

2.續(xù)航里程影響因素理論分析

當(dāng)溫度由20℃下降到0℃時，150Ah 單體磷酸鐵鋰電池的內(nèi)阻增加1 倍左右；當(dāng)溫度下降到-10℃時，電池內(nèi)阻增加2 倍左右，從而導(dǎo)致鋰離子電池放電容量加速下降，續(xù)航里程縮短。

隨著海拔的增加，大氣壓強(qiáng)逐步下降，同時含氧量逐步下降，大氣密度也逐步下降。對于動力電池而言，壓強(qiáng)的變化可能造成電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)的變化，對動力電池的充放電特性造成一定的影響，引起續(xù)駛里程的改變。

驅(qū)動電機(jī)在高海拔運(yùn)行，由于氣壓低，散熱條件差，損耗將會增加，運(yùn)行效率降低，輸出功率越小，造成續(xù)駛里程縮短。

根據(jù)帕邢定律，高海拔會造成IGBT 模塊的擊穿電壓降低。同時破壞功率器件的空間電荷區(qū)電場，造成器件失效，影響電動汽車的續(xù)駛里程。

3.試驗(yàn)設(shè)備及方法

3.1 試驗(yàn)設(shè)備

主要有SG-830GPS 非接觸速度儀、風(fēng)速儀、溫度計(jì)、海拔高度表等。

3.2 試驗(yàn)對象

本試驗(yàn)采用的車型為2017 年比亞迪股份有限公司生產(chǎn)的K8 純電動城市客車，電池類型為磷酸鐵鋰電池，電池電量194kW·h，充電時間2—3h，續(xù)駛里程不開空調(diào)≥230km，開空調(diào)≥150km。

3.3 試驗(yàn)方法

由于試驗(yàn)車輛數(shù)量較多，但續(xù)駛里程變化曲線基本一致，因此選取了4 輛車作為分析樣本。分別選取了西寧市純電動公交車青A18867D、青A18809D、青A18880D、青A18551D，行駛路線圖如圖3-1 所示。

圖3-1 西寧市純電動公交車行駛路線圖

試驗(yàn)分別采集了這4 輛公交車在2018 年不同月份、不同氣溫條件下的續(xù)駛里程數(shù)據(jù)，通過與理論續(xù)駛里程數(shù)據(jù)進(jìn)行對比和分析，得到高海拔和低溫對續(xù)駛里程的影響程度。

根據(jù)青海省氣象局2018 年西寧市1-12 月全年的氣溫?cái)?shù)據(jù)，其中7 月份平均氣溫最高，為7.53℃，1 月份平均氣溫最低，為-6.45℃。通過對西寧市純電動公交車運(yùn)行情況調(diào)研，在西寧地區(qū)一般3 月-11 月為不開空調(diào)運(yùn)行階段，續(xù)駛里程理論值為≥230km；1 月、2 月和12 月為開空調(diào)運(yùn)行階段，續(xù)駛里程理論值為≥150km。

4.試驗(yàn)結(jié)果分析

圖4-1 青A18867D純電動公交車?yán)m(xù)駛里程對比圖

從圖4-1 可以得出，續(xù)駛里程隨溫度的升高而升高，隨溫度的降低而降低。在低溫環(huán)境，實(shí)際測試的續(xù)駛里程均低于理論續(xù)駛里程。實(shí)際續(xù)駛里程相對理論續(xù)駛里程在3 月份下降最大，下降了38.99%，在2 月份下降最小，下降了11.65%，實(shí)際續(xù)駛里程相對理論續(xù)駛里程全年平均下降值為26.60%。

圖4-2 青A18809D純電動公交車?yán)m(xù)駛里程對比圖

從圖4-2 可以得出，續(xù)航里程隨溫度的升高而升高，隨溫度的降低而降低。青A18809D 純電動公交車實(shí)際續(xù)駛里程相對理論續(xù)駛里程在11 月份下降最大，下降了39.96%，在2 月份下降最小，下降了3.60%，實(shí)際續(xù)駛里程相對理論續(xù)駛里程全年平均下降值為22.36%。

圖4-3 青A18880D純電動公交車?yán)m(xù)駛里程對比圖

從圖4-3 可以得出，續(xù)航里程隨溫度的升高而升高，隨溫度的降低而降低。青A18880D 純電動公交車實(shí)際續(xù)駛里程相對理論續(xù)駛里程在11 月份下降最大，下降了29.65%，在2 月份下降最小，下降了3.20%，實(shí)際續(xù)駛里程相對理論續(xù)駛里程全年平均下降值為18.46%。

圖4-4 青A18551D純電動公交車?yán)m(xù)駛里程對比圖

從圖4-4 可以得出，續(xù)航里程隨溫度的升高而升高，隨溫度的降低而降低。青A18551D 純電動公交車實(shí)際續(xù)駛里程相對理論續(xù)駛里程在11 月份下降最大，下降了38.83%，在2 月份下降最小，下降了11.11%，實(shí)際續(xù)駛里程相對理論續(xù)駛里程全年平均下降值為31.60%。

5.結(jié)論及建議

通過對4 輛純電動公交車樣本的試驗(yàn)數(shù)據(jù)對比分析結(jié)果，可以看出，續(xù)駛里程的變化大致是隨著環(huán)境溫度的升高平均行駛里程增大，隨著平均溫度的降低平均行駛里程減小。同時，高海拔對續(xù)駛里程的影響也不容忽視。

同一條運(yùn)行線路、同一月份，不同的樣本車輛續(xù)駛里程的變化規(guī)律基本相同，但也有細(xì)節(jié)上的差異，主要取決于車輛的狀況、運(yùn)行線路的人流量、道路的通暢程度、駕駛員的駕駛習(xí)慣等多種因素的影響。

在3 月份和11 月份由于環(huán)境溫度較低，加之需要開空調(diào)，導(dǎo)致實(shí)際續(xù)駛里程出現(xiàn)了比較明顯的下降，實(shí)際續(xù)駛里程相對理論續(xù)駛里程最大下降了39.96%，對公交線路的正常運(yùn)行和車輛調(diào)度造成一定的不良影響。同時，由于低溫環(huán)境引起的續(xù)駛里程下降，造成充電次數(shù)增多，能量消耗率大幅度提高，經(jīng)濟(jì)性變差。建議在氣溫較低的月份要適當(dāng)采用保溫措施和節(jié)電控制策略，同時，合理規(guī)劃行駛路線，以保證發(fā)揮更好的經(jīng)濟(jì)性能。在車輛選購的時候，可重點(diǎn)參考生產(chǎn)廠家對于動力電池、驅(qū)動電機(jī)等的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，是否具有良好的節(jié)電控制策略，最好選擇適應(yīng)高海拔、高寒地區(qū)運(yùn)行的產(chǎn)品。

在環(huán)境氣溫較低的月份，建議采用多種新能源車輛聯(lián)合運(yùn)營，形成優(yōu)勢互補(bǔ)。可以用純電動汽車、油氣雙燃料汽車、油電混動汽車等交通運(yùn)輸車輛并行，當(dāng)冬天氣溫很低的幾個月，由于純電動汽車的續(xù)航里程、能量消耗率明顯下降時，可以采用油氣雙燃料汽油、油電混動汽車來替補(bǔ)運(yùn)行。