浅谈动力锂离子电池对纯电动公交车发展的影响

赵 治

（盘锦职业技术学院，辽宁 盘锦 124000）

引言

城市公共交通最早出现于英国，1829年英国伦敦出现了第一辆马拉式公共马车，至今已有160多年的历史。

公共汽车，即巴士或大巴，是客车类中大、中型客车的典型车型，是为专门解决城市和城郊运输而设计及装备的商用车。

一般来说，公共汽车是最为普遍的一种大众运输工具，高效、价廉是他的最大优势。随着中国城镇化的发展，使城市人口和地域不断增加，对公共交通的需求相应快速增长，要求公共交通企业投入更多的客车。

电动公交车，是指以车载电源为动力，电动公交车选配合适的车载蓄电池或电缆供电设备提供电能驱动行驶的公交车。电动公交车主要是指纯电动公交车，全部使用电能行驶[1]。传统的燃油公交车、燃气公交车耗能严重，而且发动机引擎存在着很大的噪音污染。纯电动公交车采用动力电池驱动，噪音低，能源利用率高、环境污染小，因此逐渐受到人们的喜爱和重视。但目前全面推广纯电动公交车，仍然存在一些技术上的问题。

1 动力电池能量密度低问题

目前，公认动力电池是制约电动公交车发展的瓶颈。车载动力电池可分为（1）化学电池，如锂离子电池、燃料电池（2）物理电池，如超级电容、飞轮电池（3）生物电池，如微生物电池、酶电池，本文仅探讨化学电池里的锂离子动力电池。化学电池主要有传统的铅酸蓄电池、镍氢电池、锂离子电池，其中铅酸电池能量密度比较低，比较笨重，主要应用于电动自行车、低速电动微型汽车上；镍氢电池主要应用于混合动车，比如丰田的普锐斯；锂离子电池是目前车载动力电池的主流，主要有磷酸铁锂、三元锂、锰酸锂等[2]。

锂电池具有安全可靠、工作电压高、无记忆效应等优点，锂离子电池能量密度比铅酸电池高许多，但其能量密度仍较低，造成电动车单次充电续驶里程较短，更重要的是电池成组循环寿命低[3]。以磷酸铁锂为例，其比能量基本在70Wh/kg，以盘锦市 30路公交车为例，其每天行驶里程（3次往返：火车站--辽河大桥）约360公里，按1kw/h能跑2公里计算，电池重量将达到约3吨，另外电池体积也将非常巨大，增加整车的高度。因此建议动力电池制造企业将电池分散化、模块化，便于安装和布置。因此，能量密度低是目前车载动力电池的首要问题，研发并采用能量密度比更高、体积更小的新型汽车动力电池将是未来的必由之路。

2 动力锂电池寿命不长问题

动力锂电池一般循环寿命1000次以上。动力锂电池（组）由单体电池组成，单体电池制造时存在个体差异无法避免，另外单体电池使用过程中的环境差异，也会加大单体电池间的性能差异，导致性能电池恶化，使电池组的循环寿命相对单体电池缩短。动力电池的寿命主要由单体电池的一致性决定，而电池管理系统将对阻止电池一致性的劣化起到关键作用，因此需要加大电池管理系统的研发，开发更先进的电池管理系统。

动力锂电池一旦寿命终结（续驶里程明显缩短），不应变成废铁一块丢弃一旁，而是应该由电池制造企业以较高的价格回收再利用，这不仅涉及到环境问题，也涉及到经济问题，因为动力锂电池造价非常昂贵，决定着公交车的使用成本、经济效益。循环往复、回收再利用是非常重要的，废旧电池的回收价格应该比较高，也就是说电池制造企业用很小的代价就能使电池恢复到全新状态，因此这是未来电池制造企业的研发重点。

3 动力锂电池充电时间

车载动力锂电池从电能补充上来说，基本分为更换、充电两大类，而充电模式基本上分为慢、快充两种[4]。

（1）更换

这种模式是采用在就近的公交充电站更换已经充满电的电池，换下的电池放在公交充电站（桩）充电，由专人负责看守，上文已经探讨过，受制于锂离子动力电池目前的体积和质量因素，想快速更换比较麻烦，因此暂时不予考虑这种方式。

（2）慢、快充

慢充和快充是相对而言，这里先解释一下充电速度单位。充（放）电速度单位是充电倍率（符号为C），充（放）电倍率的基本含义是指电池在规定的时间内充（放）其额定容量时所需要的电流值，它在数据值上等于电池额定容量的倍数。通俗地解释如下：

一辆车在出厂时，其车载电池容量固定好了。不同规格车辆，其车载电池容量是不同的，1C（1倍率）是一个相对概念，不同规格车辆，其电池容量是不同的[5]，但是都规定为1C；

1C的速度概念是，理论上1个小时能把车载的电池电容量全部放完了(或者充满)（实际由于损耗时间略长）。因此如果希望5分种能把自己车辆电池充满，则要求的电池充电倍率至少为12C。

2017年工信部对快充电池补贴的规定是充电倍率3C起步，最高15C。通过计算，3C=20分钟，15C=4分。如果定义 4分钟为快充（15C倍率），其他低倍率则为慢充，而以15C充电时（不考虑电网负荷、充电站电缆等因素），单就现阶段动力锂离子电池自身来讲，就会产生很多不安全的因素，如由于电流过大，温度过高导致的起火、爆炸等【6】。因此动力锂电池若想大倍率充电，可以考虑如何有效降低电池的充电温度、电池内阻的问题。

目前、纯电动公交车比较好的方式就是车辆空置时低倍率充电，比如晚上停放时，这时电网负荷低、时间充足，但仍需要有专人看守负责，避免意外发生。

4 小结

毋庸置疑，纯电动公交车由于噪音低，舒适性好、对环境污染小，其必定是未来公共交通的主要运载工具，本文仅对车载锂离子动力电池进行了简要的分析并提出了一些个人观点，限于现阶段动力锂电池技术的制约因素，其能量密度、续驶里程、充电时间等有待进一步提高和大力研发，期待未来有更新的技术、更好的车载动力电池（超级电池）的尽快出现。

[1] 李忱.浅谈我国电动公交车发展的必要性[J].车辆与动力工程,2017.06上:141-142.

[2 ]马学美,崔毅.动力锂电池技术发展趋势和投资策略研究[J].华南理工大学学报（社会科学版）,2011.13(1):5-8.

[3] 赵侃.基于电化学模型的电动公交车续驶里程预测及分析[J].公路交通科技,2013.30(8):153-158.

[4] 唐葆君,刘江鹏.我国纯电动与混合动力公交车发展的经济分析[J].中国能源,2013.35(8):37-41.

[5] 王家良,李军.车用快充动力电池及其应用[J].城市公共交通,2015.07:25-26.

[6] 汪晋宽,李岩,韩鹏,韩英华.电动公交车充电站运营体系的动态建模[J].东北大学学报（自然科学版）,2013.34(8):1065-1068.