煙臺公交示范引領動力電池更換盤活運力

［摘 要］針對早期純電動公交車動力電池進入問題高發期影響運營的情況，煙臺市公交集團有限公司在業內率先實踐“更換動力電池盤活公交運力”，通過主動與客車廠進行技術對接，開展動力電池更換與驅動系統選型匹配、車輛續航里程匹配、整車性能指標之間CAN通訊匹配等方面的研究，形成了一套極具操作性的技術方案，在盤活公交運力的同時，為城市公共交通新舊動能轉換提供了可資借鑒的煙臺公交樣本。

［關鍵詞］公交行業；電動公交車；動力電池更換

一、公司簡介

煙臺市公交集團有限公司（簡稱“煙臺公交集團”）系市屬大型國有公益性企業，始建于1962 年。

2018年底，煙臺公交集團完成市區公交資源整合，形成以公交主業為核心、以配套產業為支撐的七區運營一體化、規模化發展格局。

集團以7個行政區域（功能園區）為服務范圍，相應設立7個公交運營公司和1個定制公交公司，配套6個相關產業公司，經營范圍涉及城市公交、汽車維修、汽車檢測、廣告傳媒、出租客運等業務。

從2019 年1月起，集團全面落實政府惠民政策，市區公交執行“一元一票制”，使煙臺成為山東首個、全國第二個“一元公交”城市。

截至2023 年5月，集團資產總額120764 萬元，從業人員4658 人；公交線路228條，總里程4800多公里；營運車輛3554輛，其中公交車2860 輛，含新能源車2059 輛。

煙臺公交集團先后被交通運輸部授予“新能源公交高效運營企業”，被省公交協會授予“山東省公交行業2022 年企業社會責任報告示范企業”， 被市委市政府評為“2021 年國家衛生城市復審工作表現突出單位”，被市總工會評為“2022 年度煙臺市十佳職工信賴的職工之家”，被市國資委授予“市管企業黨建特色品牌”，連續8 年被評為“全國文明單位”。集團運營的9 路、17 路、38 路等公交線路被評為“山東省最美公交線路”，2 路公交線路被評為“山東省最美敬老愛老公交線路”；20 多名駕駛員、修理工先后被評為山東省“最美公交駕駛員”“煙臺交通工匠”“煙臺市首席技師”“助人為樂道德模范”。

二、實施背景

2015年至2016年，財政部、工信部、交通運輸部聯合出臺了多種項政策，對使用新能源車輛進行購置補貼和運營補貼，大力推廣新能源公交車的應用。

同全國各地公交企業一樣，煙臺公交集團積極響應國家政策要求，搶抓國家和省級新能源公交車補貼政策，于2016年以較低的價格采購了500余輛純電動公交車，投入運營。在填補線網、通達盲點的同時，也為低碳、綠色、高效出行做出了積極貢獻，受到了市民的廣泛歡迎。

由于當時國家的技術標準不統一、不完善，造成新能源公交車的“三電”系統不成熟，質量良莠不齊。尤其是車載動力電池在使用3年左右時間后，就出現了衰減嚴重、需要反復充電的問題，甚至續航里程降至20～30公里，已無法完全滿足線路運行需要。

為解決動力電池問題，煙臺公交集團與車輛制造企業、動力電池制造企業進行溝通，研究解決方法，但有些客車廠和動力電池企業已倒閉或轉型，無技術、無配件來修復車輛，最終不得不停運問題車輛。

截止到2021年底，集團已有200多輛公交車（占比40%）因動力電池故障無法運營，或動力電池衰減嚴重影響運營生產。

在此期間，集團了解到河北保定公交、湖北黃石公交以及全國各地早期純電動公交都因動力電池故障出現停運的情況。鑒于此，煙臺公交集團決定以盤活公交運力為目標，以動力電池更換為重點，對接車輛制造企業、動力電池制造企業，組織技術骨干開始相關方面的課題攻關。

三、主要做法

煙臺公交集團于2022 年8月成立了技術創新團隊，由集團董事長張文生任組長，總經理李進文任副組長，組員由分管副總經理徐超及相關部門負責人李建濤、徐蘊達、季道革組成。

技術創新團隊負責制定純電動公交車動力電池故障解決方案，組織項目論證、試驗等工作的實施。

技術創新團隊主動與客車廠進行技術對接，研究純電動公交車更換動力電池后，如何與動力系統及整車控制系統實現合理匹配。

主要研究內容如下：

（一）動力電池與驅動系統選型匹配以及安全防護

一是結合客車廠車輛原車設計理論知識和設計要求，根據原車動力性能參數，對車輛各種工況下行駛動力系統（驅動電機）需要動力電池提供電量展開研究，進行動力電池選型和參數設計，確定新更換動力電池基本參數。

二是基于車輛行駛時的操穩性，研究分析確定更換動力電池安裝布置方案的合理性。針對更換動力電池公交車輛發生碰撞事故時，動力電池包受異物沖擊極易引發電池起火事故的安全性問題，研發碰撞沖擊防護結構與滅火系統裝置一體化集成設計技術，研究電池系統在自動滅火功能、沖擊防護性能、隔爆性能、能效穩定性方面的技術適用性，最終形成沖擊、耗能、滅火介質材料與多目標優化協同控制相結合的解決方案。

同時，經過多次試驗和調試，保證更換動力電池與原車匹配，提高動力電池更換方案的可行性。

（二）更換動力電池不同容量下與車輛續航里程的匹配

根據原車性能參數及車輛動力輸出模型，采集車輛行駛時動力電池輸出數據，建立車輛百公里電量消耗曲線，并通過建立車輛運行時所需動力電池電量數據模型和動力電池電量輸出模型，研究新更換動力電池最佳容量范圍。

同時，針對新能源公交車動力電池在溫度影響下輸出電量的控制問題，進一步探索在煙臺地區低溫條件下，新更換動力電池工作特性受溫度的影響機理，確定動力電池選型經濟性。

經過研究和多次試驗，確定滿足公交線路運營的動力電池容量不低于90～120 kWh。明確車輛一次充滿電后，要預留20%電量，并在煙臺氣候、道路條件、開啟除霜器、車輛滿載情況下，實際續駛里程大于等于100 km。

（三）整車性能指標與動力電池之間CAN通訊匹配

開展動力電池與整車動力系統協調一體化研究。根據車輛不同工況（空載、滿載、爬坡、雨天、雪天等）下行駛，建立車輛動力系統輸出值與動力電池輸出值模型，研究動力系統與動力電池協同工作數據的匹配。

同時，對整車動力系統與整車低壓CAN通訊控制功能模塊進行軟件集成一體化控制匹配研究。根據對車輛行駛時整車CAN控制整車動力系統的動力輸出值進行數據采集、重新匹配，實現車輛行駛時整車CAN多個節點之間的通訊控制與整車動力系統數據匹配，保證車輛行駛時CAN通訊的高速、可靠、安全。

（四）研究結論

2022 年10 月，經過反復的車輛試驗驗證，煙臺公交集團技術創新團隊確定了動力電池更換技術方案。

一是用新的動力電池替換原車動力電池，更換原車高壓線束及車輛控制通訊線束，同時根據車輛運行需求重新刷寫車輛控制程序，對車輛的動力性能進行重新匹配，滿足車輛上路運行的需求。

二是為保證新更換動力電池在車輛運行時的安全性，加裝了自動滅火裝置，同時為滿足新動力電池在不同溫度下電量輸出，及充電時的快速高效，為動力電池安裝智能溫控一體化熱管理系統。

三是對動力電池安裝位置分布進行設計，保證動力電池在車輛上安裝位置的合理和車輛整體配重的均衡。

四、項目進展

2022 年11 月，集團按照技術創新團隊制訂的方案，先對18 輛純電動公交車動力電池和動力系統進行更換、升級。

該批車輛于2022 年12月2日上線運行。改造后的車輛續航里程提升至100 公里，充電時間大幅縮短，車輛運行效率和穩定性、安全性均大幅提高，車輛使用年限至少可延續使用5 年。

基于18輛公交車更換動力電池的成功經驗，煙臺公交集團計劃2023 年對208輛因動力電池故障影響運營的純電動公交車，實施動力電池更換項目。2023 年6月，108輛純電動公交車開始更換動力電池，并于7月底完成更換。

五、實施成效

（一）提升續航里程增加運力

早期新能源公交車續航能力低，一般在30 km左右。動力電池更換后，車輛續航里程達到100 km。同時車輛充電效率高，充電時間大幅縮短。集團208輛車更換動力電池后，除填補原有122輛公交車的運力外，增加的86輛運力可投放到其他線路，增加運力。

（二）節能減排降碳

“雙碳”目標下，公交低碳化成為交通領域降碳減排的重要一環。

盤活的純電動車可替代原有柴油車輛，助力綠色、低碳公共交通體系建設。

據測算，煙臺公交為108輛早期純電動公交車更換動力電池，可以替代108輛柴油公交車，每年減排二氧化碳約5300噸；若全國8萬輛早期純電動公交車更換動力電池，每年可減排二氧化碳400 萬噸。

（三）經濟效益

根據交通運輸部發布的《2017 年交通運輸行業發展統計公報》數據顯示，截止到2017年末，全國擁有公共汽電車65.12萬輛，其中，純電動公交占26.3%，約17 萬輛。

自2022年開始， 早期采購的17萬輛純電動公交車至少有50%的車輛（約8.5萬輛）因動力電池故障無法使用，進入退役高峰期。全國公交企業若補足運力至少需要投資800億元用于新車采購。

煙臺公交集團“用動力電池更換盤活公交運力”的創新應用，只需每車投入20萬元左右，即可盤活運力，所需資金僅為購置新車資金的20%，可有效緩解政府財政和企業資金壓力。

（四）社會效益

當前，國內公交企業首批購置的純電動公交車動力電池已超出質保期限，存在安全隱患，不具備安全運營條件。公交企業即將和陸續迎來早期純電動公交車停運高峰，屆時公交運力會受到嚴重影響。

面對運力不足、車輛更新資金壓力，煙臺公交集團“用動力電池更換盤活公交運力”的創新做法，具有很好的可復制性和可推廣性，為其他公交企業提供了參考方案。

2023 年4月23日， 在第四屆中國交通科技發展峰會主峰會頒獎盛典上，煙臺公交集團“純電動公交車動力電池更換項目”榮膺人民交通科技——“2023 年創新應用獎”。

2023 年5月9日，交通運輸部科學研究院調研組到煙臺公交集團現場調研換動力電池更換項目。

六、展望

“純電動公交車動力電池更換項目”是煙臺公交集團解決早期純電動公交車動力電池故障盤活公交運力的創新應用。通過以較低的采購價格對早期純電動公交車動力電池進行更換，可有效提升續航里程，延長使用年限，釋放原有運力，延緩車輛更新速度，節約車輛采購成本，為城市公共交通新舊動能轉換提供了可借鑒方案。

下一步，煙臺公交集團將以此為契機，深入實施創新驅動發展戰略，促進公交技術創新成果轉化，以科技賦能乘客美好出行，提升市民幸福感和滿意度，為全市沖刺“萬億級城市俱樂部”、加快建設更具競爭力的新時代現代化國際濱海城市，提供堅實的公共交通支撐。