为何串联混合动力电动汽车适合做公交车

近十年来，发展新能源汽车已经成为普遍的共识，但由于目前其整体价格比较昂贵，刚开始主要先从公共交通作为突破口，采用混合动力汽车作为城市公交车。所谓的混合动力汽车，是指由两种和两种以上的储能器、能源或转换器作驱动能源，其中至少有一种能提供电能的汽车，换言之，指能够至少从下述两类车载储存的能量中获得动力的汽车：－可消耗的燃料；－可再充电能/能量储存装置。

图1 混合动力汽车定义
混合动力电动汽车的优点是把纯电动汽车的行驶里程延长了2-4倍，而且能快速添加汽油或柴油。与燃油车相比，在相同行驶里程的条件下，混合动力电动汽车的燃油消耗和排放要小得多，因为混合动力电动汽车中的内燃机以最有效的模式工作，燃油消耗少，产生的排放也小，而且，混合动力电动汽车也可以像电动汽车一样工作于零排放区。其缺点是结构复杂且不是零排放。那么目前混合动力汽车的驱动结构有：串联式、并联式以及混联式三种。

图2 串联式混合动力系统使用情况
那么问题来了为什么串联式混合动力汽车适合做城市公交车呢？
首先，串联式混合动力汽车的结构特点是发动机直接带动发电机工作，将机械能转换为电能，对电池充电，或者通过电机又将电能转换为机械能，由电机驱动车辆行驶。优点是发动机不受行驶条件的影响，可以控制发动机稳定工作在其最佳经济区域或低排放区域。
其次，从城市公交车的行驶特征来看，城市公交车运行的平均车速低，频繁地起动和停车（包括到站停车），负荷变化频繁以及高负荷、长时间处于怠速状态等。


图3 中国典型城市循环工况
基于上述两点，我们举例进行分析说明为什么串联式混合动力系统普遍应用于城市公交车，对于传统内燃机公交车或并联式混合动力公交车，由于发动机需要直接参与驱动，受到运行工况的影响，发动机大量时间运行于低效区，基本上的平均效率15%-20%，如图4（a）所示；而串联式混合动力公交车，由于发动机与车辆运行机械上完全解耦，发动机不受行驶工况影响，直接运行于发动机高效区通过发电机发电给驱动电机提供电能或者给动力电池充电，平均效率可达到30%-36%，如图4（b）所示。

图4 (a) 传统公交车工作效率

图4 (b)串联式混合动力发动机工作效率
那么，我们从整体系统的角度来比较说明，如图5（a）所示，传统内燃机公交车的系统效率17.8%，如图5（b）所示，串联式混合动力公交车的系统效率21.2%，很明显串联式混合动力公交车总体效率比传统内燃机公交车有一定的提高，也由此说明了为何串联式混合动力汽车适合作为城市公交车。


图5(a)传统公交车的系统效率


图5 (b) 串联式混合动力公交车的系统效率