原标题：【讲堂】王小磊：电动公交车直流快速充电方式的发展综述

王小磊：高级工程师，曾经任重庆市公共交通控股（集团）有限公司电车公司总工程师、BRT公司书记兼副总经理、公交维修公司总经理、恒通客车顾问等。

电动公交车快速充电设备技术发展综述

摘要：本文从公交行业的角度，按照公交车运营的特征，对电动公交车的充电方式作了简介。并根据近年来国际电动公交车领域除储能系统之外的，快速充电设备技术的发展进行了总结和分析。

关键词：电动公交车、充电技术

中国分类号：U482.1 文献标志号码：A

1.关于电动公交车快速充电

公交车是为运营服务的，充电实际是电动公交车所必需的辅助操作。因此，公交车的运营特征，就是电动公交车充电方式的重要的限定条件之一：

1.1.1运营特征：虽然电动公交车是以车载储能设备为动力，原则上公共交通的参与者们（经营者和乘客）却不会因为动力的不同而对其其另眼看待。作为常规燃料的公交车的替代车，其营运条件依然为：

①在都市中固定的线路往返运行。车站之间的距离多在500-800m之间，少数郊外或偏远地区的站距也就在1-1.5km以内；

②巡航时间很短，电动机经常在大扭矩状态下工作，除特殊情况外，应该每个车站都需停车，频繁的进出车站上下乘客，对于车辆而言就是频繁的“启停”

③每天营运里程依然约为250km，与其它乘用车相比，虽然人/km的能耗很低，但公里/车的能耗却会高出许多，故而储能系统在车辆整备质量中所占的比重与其它乘用车相比会略大。

1.1.2“高峰”与“低谷”：市公交车服务的对象，多数是“上班族”，因此客流量与时间的关系比较密切，上下班时间，客流密度较大，其它时间客流密度较小，这就形成了公共交通的“高峰”与“低谷”，在做营运计划时，高峰时段的发车最小间隔可能为2分钟一班，低谷时的最大发车间隔却可能达10分钟一班，这就给公交车提供了约10分钟的“待班”时间。

1.1.3停站时间：据实地统计，城市公交车（除BRT外）乘客上车的速度1-1.2人/秒。由于车辆长度与客流量成正比，因此，车越长停站时间越长。以12m长的公交车为例，按照常规停站时间统计，即使在低谷时段，平均每个车站的停站时间在20秒以内，在大型枢纽换乘区或繁华地段，高峰时段因客流较大往往可能使车辆的停站时间达到2分钟左右。低谷时段则因为延时发车而可能停站时间更长；

1.1.4“超载”：在客运高峰时间段，公交车靠站后，只要还有空间，就必需让乘客上车，不能因为车辆的准载量超出而限制乘客上车，为此客车厂一般用座位与空间比（8人/平方米）数量来控制载客量。不过高峰时的拥挤会超过这个标准，使电动公交车的负荷增加，导致耗电量高于标定值，而缩短车辆的设计续驶里程，充电的次数就可能增加，营运成本也会因此增加；

1.2“慢充”与“快充”简介

1.2.1关于“慢充”：事实上，慢、快充是对车载储能设备充电的时间而言，根据目前储能设备的介质不同，慢充的充电电流较小一般为30-100A左右，充电时间约为1—2小时甚至更长。为了降低充电站建设成本，多数采用在枢纽站建设充电站的办法，进行集中充电，鉴于上述公交的特征，“慢充”对公交营运的提对苛刻，车载储能设备占整车质量的比重也较大，因而对公交运营的影响比较突出。

1.2.2关于“快充”：相对“慢充”而言，“快充”的电流较大，根据储能介质不同，充电电流多为300-450A以上，充电时间较短，最短的“闪充（Flash charging）”可达15秒甚至更短。据此，可按照营运线路周边的条件，进行充电设计。如果条件允许，在车站建设充电设施，利用上下乘客的停站时间进行充（补）电；也可以在“低谷”的“待班”期间，进行充电，这种利用车站进行持续“补电”的方式通常被称为分散式充电。

由于分散式充电的快充与集中充电的慢充相比，车载储能设备的被重量大幅度降低。虽然充电的辅助设施建设成本较高，运营效率却相对较高，这就是各大车企和相关行业对一直孜孜不倦的进行试验的动力。正因为如此，近年来国际公交界对电动公交车快速充电技术的研发更为关注。

2.“快充”技术的发展

除了储能设备，要达到“快充”，首先必须有设备做技术支撑：

近年来，多家公司持续开展电动公交车快充技术与设备的研发，并且都具有各自的特色。对此，按照公开发布的、比较有代表性的充电方式的产品技术进行类别划分（图1）：

2.2.12010.9.—2012.4.位于西班牙格拉纳达的Opbrid公司以轨道交通机电系统为主营业务，自2010年起后在西班牙和瑞典建立电动公交车电站，为混合动力公交车充电。最初的方案是直接将有轨电车的两架受电弓直接搬上了插电式混合动力公交车的车顶。

2012年开始Opbrid在原有基础上进行改进，推出了第三代B?sbaar充电系统（图2），并在哥德堡的60路公交车上试运行，实验车型为携带ABB三电系统的VOLVO插电式混合动力公交车。新系统依然采用充电轨与受电弓结合的方式，但为了保证充电机与BMS通信的可靠性，采用了附加天线。

busline)方案（图3），该方案采用的是每个车站均充电的模式，既尽可能的减少车载储能设备的重量，又保证了车辆的续航距离。因仅有车辆进站的短暂时间，充电时间应该在0.5~1分钟以内，故车辆进站前就开始升起受电弓，准备集电。此方案的受电弓，并未直接把轨道车辆的设备直接搬上电动公交车，而是结合无轨电车的集电单杆，采用伸缩的弓臂来节约车顶空间，仍然采用常规受电弓滑板集电。由此，大大减轻了受电弓的重量，也降低了生产成本。由于只是两根充电轨与受电弓接触，其电池包与充电机的之间的参数需求，依然是由非接触传导式通信设备来完成。

2.2.32011.4.—2015.9.美国客车制造商普罗泰拉(Proterra)公司采用下降式集电头，先后在美国加州波莫纳和西雅图试运营12m纯电动公交线路，2011年时充一次(10分钟)电就可以运行2-3小时（约48-64km）。

2014年普罗泰拉在进行的最新一轮资金募集中，获得了特斯拉汽车公司的早期投资者尼克和宙比普利滋克的投资，2015普罗泰拉随即推出了最新的纯电动公交车充电系统（图4），采用8个镍锰钴(NMC)电池包。在位于华盛顿州西北部西雅图郊区的贝尔维尤紫壁山公园(Eastgate ，号称全球最高效的电动公交车。

Alimentation)系统（图5）试验线，在日内瓦机场至展览中心约6公里长的线路上进行的营运验证，原理上TOSA与Proterra基本相同，但采用的是集电头上升方式，TOSA号称15秒闪充(Flash charging anelectric bus in 15 seconds)1.65kwh。多接触面的集电头与充电轨的对接采用了激光引导定位，多接触面应该可以满足充电机与车载BMS通信的功能需求。

2.2.52014.12.西门子公司在德国汉堡正式开通的一条使用Volvo 7900混合动力客车的公交线路上，采用了创新的充电方式（图6）。这次是将类似于轨道车辆用的受电弓倒立安装在供电支架上，车辆顶部以两条充电轨接收电源。就功能而言，此方案的原理与下降式集电头类似，受电弓的机构与轨道车辆的略同，只是滑板被限制了自由度的导电板取代。与多数轨道车辆的气缸推动相比明显的缩小了体积。采用两节折叠伸缩的目的是为了让受电弓缩进护罩中，使架空充电桩在公交车站不显得太庞大，算是对减少城市“视觉污染”的一点贡献吧。

事实上VOLVO的试验一直没有停止过，从该公司2015年6月15日公布的在哥德堡55路纯电动公交车进行工业试验的资料显示，载客运行应该有月余了，但充电仍然在试验室进行的，应该是在对充电机和BMS的通信系统进行可靠性验证。接着在2015年以“Volvo 2015”的名义公布了其将在2016年推出的纯电动车充电方案，外观上该方案的技术路线与了西门子的略同。方案完全基于公交车站或集结点充电、6秒内充满的“授电弓”架构设计。新方案中的架空充电装置，更小巧，架空支架也专门进行了工业设计，减少了对市容环境的视觉冲击，几乎与此同时，在2015年6月意大利米兰举行的UITP年会期间Volvo展出了该方案的样车和架空充电设备。

为了电动公交车的快速充电，还有许多技术与方法处于研发阶段，上述介绍的只是比较典型的案例而已。

鉴于电动公交车的快充系统在未来具有广阔应用前景，亟待：

1.针对营运线路所需的电力及市政设施一体化设计，尽快形成并完善相关标准体系，扫除电动公交创新充电模式的应用障碍。

2.借鉴国家成功经验，问题导向、改变目前的补贴及税收减免办法，根本破解“电动公交车为什么要装电池而不是乘客”的怪相，从而为创新充电模式、突破纯电动公交应用的“里程焦虑”瓶颈提供有效政策和技术支撑。