純電動公交車的六環(huán)節(jié)能操作法研究

摘要：隨著全球?qū)沙掷m(xù)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)意識的增強(qiáng)，純電動公交車作為綠色低碳公共交通模式正在全面推廣，然而，純電動公交車的推廣也面臨著挑戰(zhàn)，如充電基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)成本高昂、續(xù)航里程低、電池回收處理問題等。六環(huán)節(jié)能操作法旨在通過科學(xué)管理和操作流程，能夠優(yōu)化純電動公交車的運(yùn)營效率，降低運(yùn)營成本，同時確保動力電池的安全使用，因此對純電動公交車的六環(huán)節(jié)能操作法進(jìn)行研究，以供參考與借鑒。

關(guān)鍵詞：純電動公交車；充電；駕駛；維保

中圖分類號：U461 收稿日期：2024-09-29

DOI：10.19999/j.cnki.1004-0226.2024.12.035

1 前言

隨著全球能源危機(jī)的加劇和環(huán)境污染問題的日益嚴(yán)峻，純電動公交車作為公共交通領(lǐng)域的一次重大技術(shù)革新，正逐漸成為城市交通發(fā)展的新趨勢。根據(jù)國際能源署（IEA）的報告，全球交通運(yùn)輸部門的能源消耗占全球總能源消耗的近1/3，而其中道路交通又占據(jù)了絕大部分。因此，推動純電動公交車的發(fā)展，不僅有助于減少化石燃料的依賴，降低溫室氣體排放，還能改善城市空氣質(zhì)量，提升市民的生活質(zhì)量。

2 純電動公交車的技術(shù)優(yōu)勢與挑戰(zhàn)

隨著全球能源危機(jī)和環(huán)境污染問題的日益嚴(yán)峻，純電動公交車作為一種清潔、高效的公共交通工具，其技術(shù)優(yōu)勢在多個方面都得到了體現(xiàn)。首先，純電動公交車相較于傳統(tǒng)燃油公交車，能夠顯著降低尾氣排放，減少城市空氣污染。其次，純電動公交車在運(yùn)行成本上具有明顯優(yōu)勢，電動機(jī)的能效遠(yuǎn)高于內(nèi)燃機(jī)，使得每公里的能耗成本大幅降低。以廣州巴士集團(tuán)為例，同一車長段的純電動公交車的能耗成本僅為傳統(tǒng)柴油公交車的30%。

然而，純電動公交車在技術(shù)上也面臨挑戰(zhàn)，如電池續(xù)航里程有限、充電基礎(chǔ)設(shè)施不足以及初期投資成本較高等問題。為應(yīng)對這些挑戰(zhàn)，公交企業(yè)需要充分發(fā)揮純電動公交車節(jié)能潛力，從多個環(huán)節(jié)進(jìn)行系統(tǒng)性的綜合管理，通過優(yōu)化充電、駕駛、維護(hù)、故障診斷、能量回收和組織運(yùn)行等6個環(huán)節(jié)，提升純電動公交車的整體性能和運(yùn)營效率。

3 六環(huán)節(jié)能操作法綜述

3.1 六環(huán)節(jié)能操作法定義

六環(huán)節(jié)能操作法是一種針對純電動公交車運(yùn)營和維護(hù)的系統(tǒng)化管理方法，它將整個電能使用過程細(xì)分為6個關(guān)鍵環(huán)節(jié)，每個環(huán)節(jié)都旨在優(yōu)化電能的使用效率和保障車輛的安全運(yùn)行。以充電環(huán)節(jié)為例，通過精確計算和分析，可以確定最佳充電時間、充電量以及充電頻率，從而延長電池壽命并減少能源浪費(fèi)。例如，根據(jù)某研究數(shù)據(jù)，合理安排夜間低谷時段充電，對比高平峰充電可降低成本40%以上。在駕駛環(huán)節(jié)，通過實施電能管理，司機(jī)可以實時監(jiān)控車輛的能耗情況，采取節(jié)能駕駛策略，如平穩(wěn)加速和減速，以提高電能使用效率[1]。

3.2 “六環(huán)節(jié)能操作法”機(jī)理

在充電環(huán)節(jié)，通過采用智能充電技術(shù)，可以實現(xiàn)對電池狀態(tài)的實時監(jiān)控和充電過程的精確控制，從而延長電池壽命并減少充電時間。在駕駛環(huán)節(jié)，通過電能管理系統(tǒng)的應(yīng)用，司機(jī)可以實時監(jiān)控車輛的能耗情況，采取節(jié)能駕駛策略，如合理利用再生制動系統(tǒng)，以提高電能使用效率。在維護(hù)環(huán)節(jié)，標(biāo)準(zhǔn)化的三電系統(tǒng)檢查流程確保了車輛的穩(wěn)定運(yùn)行和三電系統(tǒng)的長期可靠性。提前預(yù)判診斷三電系統(tǒng)潛在故障，減少車輛突發(fā)故障情況，利用大數(shù)據(jù)分析、AI等智能應(yīng)用于故障診斷環(huán)節(jié)。

能量回收環(huán)節(jié)的優(yōu)化策略，如優(yōu)化車輛制動能量回收系統(tǒng)等，不僅可以明顯提高能量回收效率，而且可以降低能耗。組織運(yùn)營環(huán)節(jié)，通過智能調(diào)度系統(tǒng)，配合機(jī)務(wù)聯(lián)動，對每臺車輛的實際運(yùn)行期間電能情況進(jìn)行實時了解與掌握。六環(huán)節(jié)能操作法的實施，不僅提升了純電動公交車的運(yùn)營效率，也對環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展產(chǎn)生了積極影響。

4 純電動公交車六環(huán)節(jié)能操作法內(nèi)容分析

4.1 純電動公交車充電環(huán)節(jié)

工作人員在日常工作中需要對充電環(huán)節(jié)的實際操作流程進(jìn)行精準(zhǔn)控制，從而真正實現(xiàn)電能利用最大化和運(yùn)維成本最小化，是六環(huán)節(jié)能操作法中的重要環(huán)節(jié)之一。例如，工作人員可以在工作環(huán)節(jié)中對智能充電系統(tǒng)進(jìn)行有效利用（圖1）。借助該系統(tǒng)工作人員可以對車輛的充電時間進(jìn)行優(yōu)化，降低車輛在充電站的等待時間，以此來切實提升車輛運(yùn)行效率。同時也可以借助高效率充電設(shè)備，例如快速充電器等，從而在短時間內(nèi)為車輛提供充足的電能，保證車輛可以在規(guī)定時間內(nèi)返回運(yùn)營線路。并且工作人員還可以借助精細(xì)化管理流程，對“一線一充電規(guī)劃”進(jìn)行優(yōu)化分析。除此之外，管理人員可以科學(xué)合理地規(guī)劃充電站，盤活充電網(wǎng)絡(luò)，全方位多角度的對充電資源進(jìn)行挖掘，多多利用外部免費(fèi)場站以及綜合場站[2]。

4.2 純電動公交車駕駛環(huán)節(jié)

在純電動公交車的運(yùn)營過程中，駕駛環(huán)節(jié)不僅是保證車輛安全運(yùn)行的重要基礎(chǔ)，而且是六環(huán)節(jié)能操作法中的關(guān)鍵一環(huán)，更是延長車輛電池使用壽命的關(guān)鍵內(nèi)容。管理人員通過利用車輛CAN數(shù)據(jù)進(jìn)行精細(xì)化的電能管理工作，可以對車輛的動力系統(tǒng)進(jìn)行動態(tài)化監(jiān)控以及優(yōu)化處理，以此來滿足節(jié)能減排的基本要求。

例如，可以通過對每一條運(yùn)營線路上的路況以及交通信號進(jìn)行分析，并通過大數(shù)據(jù)分析模擬計算該條線路駕駛員應(yīng)該實施的最為經(jīng)濟(jì)的駕駛模式，如什么路段應(yīng)該采取多少的時速，什么地點應(yīng)該適當(dāng)?shù)臏p速或是加速等，并在動能回收系統(tǒng)的幫助下，將車輛制動能力轉(zhuǎn)化成為電能，存儲至電池之中，從而完成駕駛環(huán)節(jié)的節(jié)能工作。

同時，管理人員還可以制定并推行《駕駛員節(jié)能操作指南》，其中需要涵蓋車輛啟動至收車各個環(huán)節(jié)的節(jié)能操作方法，不斷培養(yǎng)鞏固駕駛員的節(jié)能意識、工作責(zé)任心。在確保車內(nèi)溫度舒適的同時節(jié)約能源，駕駛員應(yīng)科學(xué)運(yùn)用空調(diào)系統(tǒng)，夏季高溫或雨天行駛時建議每次通風(fēng)不少于10 min，停車期間可利用空調(diào)外循環(huán)方式進(jìn)行換氣，而在室外氣候宜人時應(yīng)關(guān)閉空調(diào)，通過開窗自然換氣。

此外駕駛習(xí)慣也很重要，應(yīng)避免急加速與急剎車，采用平穩(wěn)控制車速的方法，如輕踏電門、加速少用力一些、維持合適車速、提前松腳剎車、多利用滑行減少能耗，這樣既保證了駕駛安全，又實現(xiàn)了能量的合理分配和消耗。

4.3 純電動公交車維保環(huán)節(jié)

維保環(huán)節(jié)是保證純電動公交車安全高效運(yùn)行的重要內(nèi)容，通過維保環(huán)節(jié)，維修人員可以對車輛驅(qū)動、空調(diào)等主要用能系統(tǒng)進(jìn)行定期的檢查，從而及時發(fā)現(xiàn)車輛的潛在故障以及性能下降等問題，以此來規(guī)避因車輛主要用能系統(tǒng)故障所導(dǎo)致的車輛停運(yùn)問題。

為確保純電動公交車的高效運(yùn)行，維護(hù)過程集中于3個關(guān)鍵領(lǐng)域，分別為電池組狀態(tài)、電機(jī)控制系統(tǒng)和高壓電纜絕緣性能，通過先進(jìn)診斷工具與大數(shù)據(jù)分析，可以精準(zhǔn)預(yù)測電池壽命，優(yōu)化用能系統(tǒng)的維護(hù)周期。此外建立全面的車輛維護(hù)保養(yǎng)（維保）管理體系對提升運(yùn)營可靠性至關(guān)重要。

隨著電動公交車普及，必須投資于規(guī)范化維保車間，升級設(shè)施以適應(yīng)新能源車輛的特殊需求，從而保障安全高效的車輛服務(wù)。引入新能源車輛專用維修設(shè)備，最大限度地提高車輛維保效能。并且，還可以針對車輛制定保養(yǎng)計劃，提高維保工作技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，全面保證車輛維保工作的順利進(jìn)行。

除此之外，維修人員還需要做好車輛動力電池系統(tǒng)維護(hù)與檢測工作。車輛每行駛3萬km或是駕駛6個月必須進(jìn)行一次全面維護(hù)。同時，也可利用車場停車時間，對車輛動力電池進(jìn)行高、低端均衡的定期維保工作。

高端均衡養(yǎng)護(hù)具體如下：當(dāng)車輛在末端充電SOC時，電池電量自動均衡到100%后才能完成。一次高端均衡保養(yǎng)的時間是20～30 min，如果車輛長期不做保養(yǎng)，其高端均衡時間會更長一些。低端均衡保養(yǎng)如下：當(dāng)控制電池電量在25%～40%時，會出現(xiàn)靜止停車現(xiàn)象，需要將全車電源關(guān)閉，重新充電。車鑰匙開到ON擋，但高壓開關(guān)不啟動，收音機(jī)、車載空調(diào)和其他用電裝置全部熄火。車輛保持該狀態(tài)11～14 h后，停車關(guān)電，并對將其再次充滿電即可[3]。

4.4 純電動公交車故障診斷環(huán)節(jié)

故障診斷環(huán)節(jié)的三電系統(tǒng)檢測通常包括電池管理系統(tǒng)（BMS）、控制器等關(guān)鍵部件的監(jiān)控，以及充電系統(tǒng)。深入分析電氣系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，結(jié)合機(jī)器學(xué)習(xí)算法，利用數(shù)據(jù)采集和分析技術(shù)預(yù)測潛在的故障點。例如，通過分析歷史故障數(shù)據(jù)，可以構(gòu)建故障預(yù)測模型，當(dāng)系統(tǒng)檢測到與歷史故障模式相似的異常數(shù)據(jù)時，能夠提前發(fā)出預(yù)警，從而采取預(yù)防性維護(hù)措施。

此外，故障診斷環(huán)節(jié)的三電系統(tǒng)檢測還應(yīng)結(jié)合實際運(yùn)營情況，如車輛的行駛里程、載客量、環(huán)境溫度等因素，進(jìn)行綜合評估。例如，有研究表明，溫度過高或過低會加速電池老化，從而影響電池的使用性能，而環(huán)境溫度對電池使用性能的影響是顯而易見的。

因此，保證純電動客車的三電系統(tǒng)始終處于最佳工作狀態(tài)，通過對電池溫度的實jBLXDez4myoGjqZeK5Inug==時監(jiān)測，并結(jié)合車輛的運(yùn)行數(shù)據(jù)，及時進(jìn)行保養(yǎng)或更換，可以對電池的健康狀況進(jìn)行更準(zhǔn)確的評估。

4.5 純電動公交車能量回收環(huán)節(jié)

純電動公交車通過采納先進(jìn)再生制動技術(shù)，在減速或制動時可將機(jī)械動能有效轉(zhuǎn)化為電能，并回充至電池，極大提升能量循環(huán)的效率。如某研究所經(jīng)過優(yōu)化的能量回收系統(tǒng)能讓公交車在城市運(yùn)行周期中實現(xiàn)約15%的能耗下降，不僅減少對外部電源的依賴，還延長電池的使用壽命。

為確保在各種駕駛條件下都能達(dá)到最佳的能量回收效率，可以借鑒豐田普銳斯混合動力車的經(jīng)驗，精準(zhǔn)調(diào)節(jié)電動機(jī)和電池管理系統(tǒng)，進(jìn)一步結(jié)合大數(shù)據(jù)和機(jī)器學(xué)習(xí)算法來細(xì)化能量回收策略，實現(xiàn)針對不同駕駛模式和路線特征的個性化、動態(tài)調(diào)節(jié)，促進(jìn)節(jié)能效果的最大化，不僅響應(yīng)了綠色出行理念，也為城市公共交通系統(tǒng)帶來經(jīng)濟(jì)和環(huán)境雙重利益[4]。

4.6 純電動公交車組織運(yùn)營環(huán)節(jié)

管理人員需要盡可能地降低純電動公交車的技術(shù)局限性，對車輛場站、運(yùn)調(diào)管理以及車輛維護(hù)等方面進(jìn)行綜合考量，并對工作日和節(jié)假日的車輛充電時段以及位置時間等要素進(jìn)行全面分析，最大限度地降低車輛技術(shù)局限，保證車輛運(yùn)行可以滿足客流高峰期的基本需求，組織運(yùn)營調(diào)度如圖2所示。

5 六環(huán)節(jié)能操作法效益分析

純電動公交車的推廣使用，對環(huán)境效益的正面影響是顯著的。以六環(huán)節(jié)能操作法為指導(dǎo)，純電動公交車在運(yùn)行過程中實現(xiàn)了零尾氣排放，有效減少了城市空氣污染。通過優(yōu)化充電環(huán)節(jié)和能量回收環(huán)節(jié)，純電動公交車的能源利用效率得到提升，進(jìn)一步降低了對化石能源的依賴。

例如，通過采用智能充電系統(tǒng)，可以實現(xiàn)夜間低谷時段充電，不僅節(jié)約了能源成本，也緩解了電網(wǎng)負(fù)荷。在環(huán)境效益分析中，還應(yīng)考慮六環(huán)節(jié)能操作法對城市噪音污染的緩解作用。純電動公交車運(yùn)行時的噪音水平遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)燃油車，有助于改善城市居民的生活質(zhì)量。

除此之外，六環(huán)節(jié)能操作法在能量回收環(huán)節(jié)的優(yōu)化策略，不僅提升了電能的循環(huán)利用率，還為運(yùn)營企業(yè)帶來了額外的經(jīng)濟(jì)效益。純電動公交車在剎車時可以將一部分動力通過能量回收系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為電力，重新回到電池里。據(jù)研究，這一過程可以提高約10%的電能使用效率。六環(huán)節(jié)能操作法正是通過提高能量回收效率，實現(xiàn)了邊際成本的降低，從而提升了整體的經(jīng)濟(jì)效益。

6 結(jié)語

純電動公交車的市場前景與政策環(huán)境緊密相連，六環(huán)節(jié)能操作法的應(yīng)用將有助于推動純電動公交車行業(yè)的健康發(fā)展，實現(xiàn)綠色交通的長遠(yuǎn)目標(biāo)。因此，在日常工作中，各級管理人員需要切實落實好六環(huán)節(jié)能操作法，并對其進(jìn)行不斷優(yōu)化，以此來全面提高純電動公交車運(yùn)行效能，滿足當(dāng)前節(jié)能減排的基本需求。

參考文獻(xiàn)：

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[2]胡磊，余昆.襄陽公交動力電池主動均衡修復(fù)容量創(chuàng)新突破[J].人民公交，2024（11）：28-30.

[3].助力城市綠色低碳改善公交出行環(huán)境 南京公交750輛純電公交車陸續(xù)上線[J].城市公共交通，2024（2）：77-79.

[4]武興榮.考慮制動能量回收影響的純電動公交車主減齒輪疲勞壽命分析[D].西安：西安理工大學(xué)，2024.

作者簡介：

徐桂江，男，1975年生，工程師，研究方向為道路運(yùn)輸新能源車輛應(yīng)用、維護(hù)技術(shù)規(guī)范、節(jié)能環(huán)保管理。