摘　要：燃油汽車尾氣排放產(chǎn)生的PM2．5已成為我國主要城市霧霾天氣的主要原因之一。為解決城市燃油汽車造成的環(huán)境污染，從技術(shù)、環(huán)境等方面闡述了混合動力公交汽車在城市應(yīng)用的可行性，并從混合動力公交汽車的種類與特點出發(fā)，對混合動力公交汽車進行分析，提出了城市公交應(yīng)大力發(fā)展LNG混合動力公交汽車。

關(guān)鍵詞：混合動力  公交汽車  應(yīng)用選擇

Application and Selection of Hybrid Bus

Abstract：The fine particulate matter(PM2.5、emitted from oil-fired vehicle exhaust has become oile of the main reasons for fog and haze in main cities of China．In order to solve the environmental pollution caused by oil-fired vehicles in cities，the feasibility of applying hybrid buses in cities is elaborated from the point of view of technology，environment and so on．The types and features of hybrid buses are analyzed．It is recommended that public transit should vigorously develop LNG hybrid buses．

Key words：hybrid power；bus；application and seleetion

1　概述

隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，汽車在今后較長一段時期需求量仍將保持增長勢頭，由此帶來的能源緊張和環(huán)境污染問題將更加突出。汽車尾氣排放的污染物是造成灰霾、光化學(xué)煙霧污染的重要原因。

為解決機動車污染問題，國家出臺了《天然氣利用政策》、《汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策》等相關(guān)政策，大力發(fā)展新能源汽車(包括純電動汽車、混合動力汽車及燃料電池汽車)、節(jié)能汽車(以內(nèi)燃機為主要動力系統(tǒng)，采用節(jié)能技術(shù)，綜合工況燃料消耗量優(yōu)于下一階段目標值的汽車)、以天然氣汽車為代表的各類替代燃料汽車。同時，實施“公交優(yōu)先”發(fā)展戰(zhàn)略，開展北京、上海、深圳、合肥等25個節(jié)能與新能源汽車示范推廣試點城市(地區(qū))等工作。

目前，在公交汽車上除天然氣公交汽車較為成熟并得到大量應(yīng)用外^[1-2]，純電動公交汽車和燃料電池公交汽車由于技術(shù)、經(jīng)濟等因素制約，應(yīng)用尚不成熟，試點應(yīng)用的城市效果也不理想^[3-5]。本文主要討論城市混合動力公交汽車的應(yīng)用與選擇問題。

2　混合動力公交汽車在城市應(yīng)用的可行性

2.1　混合動力公交汽車簡介

混合動力汽車(Hybrid Electric Vehicle，HEV)是20世紀90年代末開始逐漸發(fā)展起來的，是指采用傳統(tǒng)燃料，并配以電動機／發(fā)動機(燃油或燃氣)來改善低速動力輸出和燃油或燃氣消耗的汽車?；旌蟿恿ζ嚀碛?span lang="EN-US">2種不同動力源，這2種動力源在汽車的不同行駛狀態(tài)(如起步、低中速、高速、勻速、加速、減速或者制動等)下分別工作，或者一起工作。通過這種組合可以減少燃油或燃氣消耗和尾氣排放，從而實現(xiàn)省油省氣和環(huán)保的目的。將混合動力汽車技術(shù)應(yīng)用在公交汽車上，即成為混合動力公交汽車。

混合動力公交汽車的動力系統(tǒng)主要由發(fā)動機、電動機、蓄電池、控制系統(tǒng)等構(gòu)成。按照其工作方式，可以分為串聯(lián)、并聯(lián)和混聯(lián)3種，由于串聯(lián)方式局限性比較多，目前主要采用混聯(lián)方式、并聯(lián)方式。

串聯(lián)方式的混合動力公交汽車的發(fā)動機只作為動力源，汽車只靠電動機驅(qū)動行駛。動力系統(tǒng)由發(fā)動機、發(fā)電機、電動機、蓄電池組成。發(fā)動機驅(qū)動發(fā)電機發(fā)電，電能通過控制器輸送到蓄電池或電動機，由電動機通過變速機構(gòu)驅(qū)動公交汽車。小負荷時由蓄電池帶動電動機驅(qū)動車輪，大負荷時由發(fā)動機帶動發(fā)電機發(fā)電驅(qū)動電動機。當車輛處于起步、加速、爬坡的工況時，發(fā)動機一電動機組和蓄電池共同向電動機提供電能；當汽車處于低速、滑行、怠速的工況時，則由蓄電池驅(qū)動電動機。當蓄電池缺電時，則由發(fā)動機一發(fā)電機組向蓄電池充電。

并聯(lián)方式的混合動力公交汽車是以發(fā)動機為主動力，電動機作為輔助動力。動力系統(tǒng)沒有單獨的發(fā)電機，由發(fā)動機、電動機、蓄電池組成，電動機和發(fā)動機并行排布，動力可以由兩者單獨提供或是共同提供。系統(tǒng)可以分別獨立地向公交汽車傳動系統(tǒng)提供轉(zhuǎn)矩，在不同的路面上既可以共同驅(qū)動又可以單獨驅(qū)動。汽車加速爬坡時，電動機和發(fā)動機能夠同時向傳動機構(gòu)提供動力，一旦車速達到巡航速度，汽車將僅僅依靠發(fā)動機維持速度。此處的電動機既可以作電動機又可以作發(fā)電機使用。

混聯(lián)方式的混合動力公交汽車包括了串聯(lián)與并聯(lián)的特點，動力系統(tǒng)由發(fā)動機、發(fā)電機、電動機、蓄電池組成。其在并聯(lián)的基礎(chǔ)上，將發(fā)電機和電動機分離開，使車輛能以串聯(lián)和并聯(lián)兩種方式工作。在低速時只靠電動機驅(qū)動行駛，速度提高時發(fā)動機和電動機相配合驅(qū)動。

2.2　混合動力公交汽車技術(shù)分析

混合動力公交汽車是在低速行駛時由蓄電池向電動機提供動力，并由電動機驅(qū)動，車速達到一定標準時自動轉(zhuǎn)換為柴油(汽油或天然氣)發(fā)動機驅(qū)動。因而，與其他燃料公交汽車相比，具有許多優(yōu)越性，具體分析如下：

①混合動力公交汽車是按平均需用的功率來確定燃氣發(fā)動機的最大功率，此時處于油耗低、污染少的最優(yōu)工況。富余的功率可發(fā)電給蓄電池充電，由于發(fā)動機可持續(xù)工作，蓄電池又可以不斷得到充電，故其行程和普通汽車一樣。當燃氣發(fā)動機動力不夠時，電動機(由蓄電池提供動力)和發(fā)動機能夠同時向傳動機構(gòu)提供動力。而其他燃料公交汽車沒有此功能。

②由于混合動力公交汽車采用可充電蓄電池，可以方便地回收制動時、下坡時、怠速時的能量，主動為蓄電池充電。同時，汽車行駛一般在18km／h以上，發(fā)動機工作的同時，又會主動為蓄電池充電。而其他燃料公交汽車則無法實現(xiàn)能量回收。

③燃油公交汽車怠速、慢行時燃料消耗大。而混合動力公交汽車怠速、慢行時采用電動機直接驅(qū)動，發(fā)動機不工作，解決了傳統(tǒng)公交汽車燃料消耗大的問題，實現(xiàn)省油的目的。

④燃油公交汽車在繁華擁堵的市區(qū)行駛時，速度越慢尾氣排放污染越嚴重，造成更嚴重的環(huán)境污染問題。而混合動力公交汽車一旦遇到信號燈或起步、怠速行駛等速度在18km／h以下的情況，由蓄電池提供動力，電動機直接驅(qū)動，發(fā)動機不工作，實現(xiàn)“零”排放，實現(xiàn)了環(huán)保的目的。

⑤燃油公交汽車在低速度行駛時，動能利用率很低。特別是在遇到信號燈、怠速行駛時，燃油發(fā)動機也要工作，但它輸出的動能大多不能轉(zhuǎn)化為汽車前進的動能。而混合動力公交汽車正好解決了這一問題?；旌蟿恿黄囋诘退傩旭倳r，燃油發(fā)動機關(guān)閉，啟動電動機驅(qū)動。電動機效率不受汽車速度影響，特別是在遇到信號燈、怠速行駛時，發(fā)動機完全關(guān)閉。也就是說，混合動力公交汽車可以保證汽車上的發(fā)動機都是在高速運轉(zhuǎn)。燃油公交汽車的發(fā)動機輸出動能只有60％～70％轉(zhuǎn)化為汽車前進的動能，而混動力汽車可把這個轉(zhuǎn)化率提高到95％，避免了汽車低速行駛效率低下問題。

⑥混合動力公交汽車對生產(chǎn)、售后服務(wù)不需要做大調(diào)整。能夠充分利用現(xiàn)有汽車發(fā)動機的生產(chǎn)技術(shù)和生產(chǎn)工藝，也不需要另外建立保養(yǎng)、維修等后勤服務(wù)體系。

⑦混合動力公交汽車更安全。如采用程控開關(guān)門系統(tǒng)，當車輛開進公交站點，必須在車輛停穩(wěn)、零速度的情況下，等待4s才能打開車門。

⑧混合動力公交汽車更為舒適。如該車型采用了自動無級變速系統(tǒng)、氣囊底盤，大大提高了駕駛員操作與旅客乘坐的舒適度。

因此，混合動力公交汽車比傳統(tǒng)公交汽車具有許多優(yōu)越性，并彌補了純電動公交汽車續(xù)航能力等方面不足的問題，具有較好的發(fā)展前景。

2.3　混合動力公交汽車的環(huán)境分析

①國外不同的運行區(qū)域汽車尾氣的排放狀況    瑞士聯(lián)邦環(huán)境辦公室(FOEN)于2010年9月公布了一項有關(guān)“天然氣汽車的減排優(yōu)勢”(見表l)。該研究是基于在城市、農(nóng)村和高速公路運行汽油混合動力汽車和天然氣汽車、汽油汽車的同等汽車，檢測排放的二氧化碳(CO2)情況。

表1表明：a．在城市內(nèi)行駛，汽油混合動力汽車是最清潔的。b．在農(nóng)村地區(qū)、高速公路上行駛時(車速快，發(fā)動機工作)，在二氧化碳減排方面，純天然氣汽車優(yōu)于汽油汽車、汽油混合動力汽車。

②混合動力公交汽車的尾氣排放情況

中國汽車技術(shù)研究中心與武漢理工大學(xué)等單位采用同規(guī)格的一輛混聯(lián)柴油混合動力客車與一輛傳統(tǒng)柴油客車，在北京通州區(qū)交通部公路試驗場內(nèi)，參照《重型混合動力電動汽車能量消耗量試驗方法》(GB／T l9754—2005)及美國SAE—J2711標準《混合動力重型車輛排放性能測試》進行了指定工況下的混合動力汽車場地排放測試，結(jié)果見表2。

由表2可知：柴油混合動力客車的各種污染物排放均低于傳統(tǒng)柴油客車。

因此混合動力公交汽車在技術(shù)、環(huán)保等方面具有優(yōu)勢，可以用作城市公交汽車，替代燃油公交汽車。

3　混合動力公交汽車的選擇

混合動力公交汽車按照燃料種類分為：汽油混合動力公交汽車、柴油混合動力公交汽車、天然氣混合動力公交汽車。

3.1　混合動力公交汽車的比較

①汽油／柴油混合動力公交汽車

汽油／柴油混合動力公交汽車分別以汽油、柴油為燃料，在低速行駛時由蓄電池驅(qū)動，沒有污染。由于公交車高速運轉(zhuǎn)時，必須以汽油或柴油為動力驅(qū)動發(fā)動機工作，與常規(guī)汽油或柴油公交車一樣運行，仍然存在汽車尾氣污染與PM2.5污染問題。

由表l也可以看出：汽油混合動力汽車在城市最為清潔，但在高速公路與農(nóng)村運行時(車速較快)，是以汽油為動力驅(qū)動發(fā)動機工作，其排放的污染物超過天然氣汽車。

因而，汽油混合動力公交汽車、柴油混合動力公交汽車對環(huán)境還是存在污染，只是比純汽油／柴油公交汽車在低速條件下對環(huán)境的污染少一些，從發(fā)展來說，不建議采用汽油或柴油混合動力公交汽車。

②天然氣混合動力公交汽車

天然氣混合動力公交汽車也稱氣電混合動力公交汽車，天然氣是高效、清潔的燃料，解決了燃油對環(huán)境污染的問題與PM2.5的產(chǎn)生問題。從表l也看出：天然氣汽車在各種環(huán)境下運行是較環(huán)保的，特別是在高速公路與農(nóng)村運行時更為優(yōu)越。天然氣混合動力公交汽車的特點為：

a．混合動力公交汽車采用天然氣作能源替代燃油時，該模式既體現(xiàn)了天然氣高效環(huán)保的優(yōu)勢，又體現(xiàn)了混合動力汽車低速環(huán)保的特點(只由蓄電池驅(qū)動，發(fā)動機不工作)，實現(xiàn)了兩種模式的有機結(jié)合，發(fā)揮了功能最優(yōu)化。

b．天然氣混合動力公交汽車可讓蓄電池保持在良好的工作狀態(tài)，不發(fā)生過充、過放，延長其使用壽命，降低成本，也克服了純電動公交車完成一次充電作業(yè)需要4～6h的問題。

c．天然氣混合動力公交汽車蓄電池比純電動公交汽車蓄電池的體積減少了 60％～70％，從而成本也比純電動公交汽車大大降低。

d．天然氣混合動力公交汽車更環(huán)保、更節(jié)能，有效降低有害氣體排放，與純?nèi)加蛙囅啾龋矚庵幸谎趸寂欧帕肯陆?span lang="EN-US">80％、碳氫化合物下降60％、氮氧化物下降40％、二氧化碳下降20％，顆粒物的排放基本消除，環(huán)保達到歐V水平。

因此，城市公交汽車建議推廣天然氣混合動力公交汽車。

3.2　天然氣混合動力公交汽車的選擇

天然氣混合動力公交汽車又分為LNG混合動力公交汽車與CNG混合動力公交汽車。

CNG混合動力公交汽車采用高壓CNG鋼瓶儲氣(20MPa的天然氣)，為常溫高壓天然氣；而LNG混合動力公交汽車采用LNG鋼瓶儲氣(0.6MPa左右的液化天然氣)，為低溫液化天然氣。具體體現(xiàn)如下：

a．CNG混合動力公交汽車采用CNG鋼瓶儲氣時，由于受車輛尺寸影響，一般8～10個氣瓶，儲存量不大。而LNG混合動力公交汽車采用LNG鋼瓶儲氣，儲存量大。

b．CNG混合動力公交汽車鋼瓶儲氣量不大，一般每天加一次氣。而LNG混合動力公交汽車一般兩天加一次氣，比CNG混合動力公交汽車減少了加氣次數(shù)，且比CNG混合動力公交汽車續(xù)航里程長。

c．CNG混合動力公交汽車鋼瓶重量較大，與LNG混合動力公交汽車相比，加大了汽車負荷，增加了燃料消耗。

d．LNG混合動力公交汽車加氣時間較短(5min左右)，而CNG混合動力公交汽車加氣時間較長(約15min左右)，縮短了車輛等待、排隊問題。

e．CNG混合動力公交汽車鋼瓶儲氣壓力高(20MPa的天然氣)，而LNG混合動力公交汽車鋼瓶壓力低(0.6MPa左右液化天然氣)，較為安全。

f．LNG混合動力公交汽車由于采用LNG為燃料，其儲量大，發(fā)動機可以解決耗能大的空調(diào)、供暖、除霜等純電動汽車遇到的難題。

因此，從LNG混合動力公交汽車與CNG混合動力公交汽車的對比看，LNG混合動力公交汽車優(yōu)于CNG混合動力公交汽車，城市天然氣混合動力公交汽車建議發(fā)展LNG混合動力公交汽車。

4　結(jié)論

①混合動力公交汽車與傳統(tǒng)公交汽車相比，具有技術(shù)、環(huán)境等方面的優(yōu)勢，可以應(yīng)用于城市公交汽車。

②天然氣混合動力公交汽車優(yōu)于其他混合動力公交汽車，它既體現(xiàn)了天然氣高效環(huán)保的優(yōu)勢，又體現(xiàn)了混合動力汽車低速時由蓄電池帶動電動機驅(qū)動車輪，實現(xiàn)“零排放”的特點。因而，天然氣混合動力公交汽車更環(huán)保、更節(jié)能。

③天然氣混合動力公交汽車中的LNG混合動力公交汽車比CNG混合動力公交汽車更為優(yōu)越，因而，在城市應(yīng)大力發(fā)展LNG混合動力公交汽車。

參考文獻：

[1]高黎敏．LNG用作汽車燃料的優(yōu)點[J]．煤氣與熱力，2012，32(3)：Bl6-Bl8．

[2]周春，莊偉波，時榮劍，等．滬寧高速公路客運發(fā)展LNG汽車的可行性[J]．煤氣與熱力，2012，32(9)：B17-B20．

[3]李孟良，聶彥鑫，過學(xué)迅．混合動力客車與傳統(tǒng)客車排放測試研究[J]．汽車技術(shù)，2009(10)：51-54．

[4]袁翔，張勁松，靳增鑫，等．氣電}昆合動力汽車的可行性分析[J]．公路與汽運，2010(3)：1-3．

[5]曹正策，胡琴．混合動力電動公交車產(chǎn)業(yè)化構(gòu)想[J]．汽車工業(yè)研究，2005(12)：38-40．

本文作者：廣宏

作者單位：貴州燃氣(集團)有限責任公司