加快無軌電車技術(shù)創(chuàng)新,實(shí)現(xiàn)向在線充電純電動(dòng)車的新能源方式轉(zhuǎn)變

1、加快無軌電車技術(shù)創(chuàng)新實(shí)現(xiàn)向在線充電純電動(dòng)車的新能源方式轉(zhuǎn)變關(guān)于對(duì)無軌電車車型發(fā)展的調(diào)研與思考公交集團(tuán)公司總工程師 鐘強(qiáng)華、無軌電車的歷史及 2005 年以來的發(fā)展情況早在十九世紀(jì)初，無軌電車做為城市公共交通運(yùn)輸工具就普遍出現(xiàn)在歐美各國(guó)的大城市。中國(guó)在二十世紀(jì)初引入無軌電車，1914 年上海的英國(guó)商人最線在租界內(nèi)營(yíng)運(yùn)。無軌電車素有綠色公交之窗，最大的特點(diǎn)是環(huán)保，與普通的 燃油燃?xì)夤财囅啾?，無軌電車本身不會(huì)排放廢氣，另外，噪 音較小也是無軌電車的優(yōu)點(diǎn)之一。就目前國(guó)內(nèi)外無軌電車的發(fā)展來看，無軌電車在北美及歐洲 近年來都有部分發(fā)展。在中國(guó)，從 80 年代后，隨著部分城市逐漸 以柴油為燃料的公共汽車

2、取代無軌電車，而且近年來無軌電車的 低靈活性（受線網(wǎng)制約）而被某些城市舍棄。但同時(shí)亦有不少地 方城市（政府）基于環(huán)保等理念提出保留或更新發(fā)展現(xiàn)有的無軌 電車系統(tǒng)。目前，國(guó)內(nèi)擁有無軌電車的城市約 20 個(gè)，線路約 70條。北京的無軌電車是在 1956 年 10 月首次試車成功，全部采用國(guó)產(chǎn)總成部件。隨后，無軌電車便開始了它在北京公共交通中扮 演的重要?dú)v史角色。 特別是 2005 年以來，北京公交集團(tuán)為全面實(shí) 現(xiàn)綠色公交理念，把適度發(fā)展零污染的無軌電車做為重要規(guī)劃內(nèi) 容之一。初步確定了三個(gè)階段的發(fā)展目標(biāo)，即： 2005 年實(shí)現(xiàn)無軌 電車 600 輛的規(guī)模； 2008 年實(shí)現(xiàn)無軌電車 800 輛的規(guī)

3、模；第三 階段將結(jié)合供電站和供電線網(wǎng)的規(guī)劃建設(shè)，以及公共汽車線網(wǎng)的 調(diào)整，實(shí)現(xiàn)千輛規(guī)模。應(yīng)該說，北京公交集團(tuán)這幾年來的發(fā)展，基本實(shí)現(xiàn)了當(dāng)初的 規(guī)劃目標(biāo)。北京的無軌電車無論是車輛技術(shù)，還是車數(shù)規(guī)模，在 全國(guó)各大城市中都是最高的。特別是雙源無軌電車的研制成功， 解決了王府井、西單等主要中心區(qū)路口的線網(wǎng)“落地”和“視覺” 問題，同時(shí)也提高了無軌電車的機(jī)動(dòng)性、靈活性。遇有問題，即 可脫線繞行，解決了擁堵問題，使無軌電車取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。但是，由于無軌電車受到線網(wǎng)、電池、供電站等諸多因素的 影響，這種零排放的綠色環(huán)保車型至今也受到同樣的制約，進(jìn) 步實(shí)現(xiàn)規(guī)模發(fā)展遇到了較大的困難（車輛數(shù)又在減少） ，確需要

4、以創(chuàng)新和技術(shù)突破來解決困擾發(fā)展的瓶頸問題。、無軌電車發(fā)展中受制約的主要問題1. 架空線網(wǎng)始終是制約無軌電車發(fā)展的主要因素城市無軌電車架空線網(wǎng)近幾年來經(jīng)常受到社會(huì)上的評(píng)價(jià)，甚 至被認(rèn)為是“視覺污染” 。目前無軌電車要擴(kuò)大運(yùn)營(yíng)范圍、增設(shè)架空線網(wǎng)確實(shí)受到嚴(yán)重制約，使零排放的車輛不能在城市中心區(qū)域 擴(kuò)大使用。做為綠色環(huán)保的無軌電車的應(yīng)用，確應(yīng)該在三環(huán)內(nèi)的中心區(qū) 域大力推廣，這對(duì)于減少城市中心區(qū)域內(nèi)的汽車尾氣排放意義重 大。在三環(huán)路范圍內(nèi)，我們應(yīng)盡量爭(zhēng)取在有條件的路段架設(shè)線網(wǎng)， 設(shè)置箱式變電站，為無軌電車的擴(kuò)大使用提供條件。同時(shí)，新型 雙源無軌電車的應(yīng)用，盡可能提高車載電源的行駛里程，為無軌 電車的擴(kuò)大

5、使用提供保證。無軌電車架空線網(wǎng)更新、改造要先行，要開拓思想勇于創(chuàng)新， 使無軌電車的架空線網(wǎng)既要滿足于新型車輛的運(yùn)行，又要盡量滿 足廣大市民對(duì)架空線網(wǎng)視覺美觀的要求。2. 雙源無軌電車的設(shè)計(jì)制造要難于純電動(dòng)汽車應(yīng)該說無軌電車新車投入的成本要大于同等車輛汽車投入的 成本，但在后期的使用與維護(hù)中投入的成本要低于汽車。無軌電車與純電動(dòng)汽車相比，由于純電動(dòng)汽車完全是靠車載 電池驅(qū)動(dòng)，電源無干擾也無雷擊風(fēng)險(xiǎn)，電氣漏電安全風(fēng)險(xiǎn)遠(yuǎn)小于 無軌電車。而無軌電車的各種風(fēng)險(xiǎn)防范是非常嚴(yán)格的，它的各種 保護(hù)電路齊備。在裝載鋰電池的無軌電車上，各種電路完全等同 于純電動(dòng)汽車，因而無軌電車的設(shè)計(jì)制造難度大，可靠性要求高。3

6、. 國(guó)產(chǎn)化的無軌電車控制電路的可靠性有待進(jìn)一步提高北京運(yùn)行的公交汽車，其主要核心總成部件基本采用國(guó)外進(jìn)口產(chǎn)品，可靠性得到很大提高。而無軌電車電器部件完全是國(guó)產(chǎn) 的，在產(chǎn)品的可靠性上還有較大差距。特別是進(jìn)入無軌電車行業(yè) 的專業(yè)生產(chǎn)廠時(shí)間比較短，有經(jīng)驗(yàn)的高級(jí)設(shè)計(jì)人員短缺，造成產(chǎn) 品的可靠性不如人意。無軌電車在中國(guó)的汽車生產(chǎn)上就沒有進(jìn)入 一個(gè)正規(guī)的序列，到目前仍是一個(gè)不上汽車公告的車輛產(chǎn)品。國(guó) 內(nèi)無軌電車的制造基本上都是以電車公司自制為主，近十年來才 不斷有從小到大的專生產(chǎn)業(yè)廠逐步進(jìn)入，使得無軌電車的品質(zhì)不 斷得到提升。北京無軌電車的配置檔次和技術(shù)水平，在全國(guó)來說是走在最 前面的。我們已經(jīng)不斷引進(jìn)國(guó)

7、外電車的設(shè)計(jì)理念，使用新技術(shù)、 新工藝，逐步完善無軌電車的制造。但北京公交汽車配置與技術(shù) 的提升，要遠(yuǎn)快于無軌電車，無軌電車的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)已經(jīng)感覺到 巨大的壓力。三、實(shí)現(xiàn)技術(shù)創(chuàng)新，改無軌電車為在線充電的電動(dòng)車思路1. 雙電源無軌電車北京雙源無軌電車的應(yīng)用始于 1998 年王府井路段改造， 由于 該路段不允許架設(shè)無軌電車線網(wǎng)，由此北京雙源無軌電車誕生。當(dāng)初設(shè)置的車載鉛酸電池系統(tǒng)，只為滿足車輛通過王府井無線網(wǎng) 路段。經(jīng)過十多年的應(yīng)用，載有鉛酸電池的雙源無軌電車技術(shù)， 已經(jīng)比較成熟的應(yīng)用在近 600 輛無軌電車上，并取得良好的社會(huì) 效益。但是載有鉛酸電池組的雙源無軌電車的局限性也是非常明顯 的。如：電

8、池組重量大、容量小，車輛脫線行駛距離短，電池組 使用壽命短，鉛酸電池使用后期內(nèi)部易發(fā)生短路冒煙故障等。2. 在線充電式純電動(dòng)汽車無軌電車的應(yīng)用一直受架空線網(wǎng)的制約，裝載鉛酸電池的雙 源無軌電車受到脫線行駛距離的制約，都不能更好地滿足無軌電 車的長(zhǎng)足發(fā)展。而裝載鋰電池組的純電動(dòng)汽車，受到使用成本的 制約。無排放電動(dòng)公交車輛在艱難困惑中徘徊。隨純電動(dòng)汽車的發(fā)展，鋰電池的應(yīng)用逐步擴(kuò)大，現(xiàn)在已經(jīng)成 為比較優(yōu)秀的車載電源。大容量鋰電池的生產(chǎn)技術(shù)，近幾年得到 長(zhǎng)足的發(fā)展，國(guó)家鋰電池技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)全面實(shí)施。雙源無軌電車 裝載鋰電池技術(shù)已經(jīng)無任何障礙。雙源無軌電車使用大容量鋰電池作為脫線行駛的動(dòng)力源，車 輛在線

9、網(wǎng)上運(yùn)行時(shí)得到能量的充電恢復(fù)，必將從根本上提升無軌 電車的綜合性能指標(biāo)，這種車輛是替代純電動(dòng)汽車的最佳方案。設(shè)置雙源無軌電車可以脫線行駛 20 公里，在線網(wǎng)路段行駛10 公里可以充回鋰電池組能量。每天脫線行駛 5 次，電瓶組放電 深度不超過 50% ，電瓶組使用壽命不低于三年。 （三年后該電瓶組 將被用于短脫線距離的車輛使用，使用壽命為兩年。電瓶組總體 使用壽命將達(dá)到五年） 。這樣的雙源無軌電車已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出無軌電車的概念， 在 30 公里內(nèi)，它的脫線行駛距離已經(jīng)超出在線行駛距離一倍，這就是電 電混合動(dòng)力汽車。與純電動(dòng)汽車相比，它不需要充電站，不需要 備份很多電池組，也不需要機(jī)器人等快速更換系統(tǒng)

10、。這樣的新型 電電混合雙源無軌電車的使用成本只略高于傳統(tǒng)雙源無軌電車， 而遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于純電動(dòng)汽車。這就是我們要發(fā)展的在線充電式純電動(dòng) 車。3. 無軌電車運(yùn)營(yíng)線路的全面調(diào)整由于新型雙源無軌電車（在線充電式純電動(dòng)車）的脫線運(yùn)行 能力得到很大提高，因而無軌電車的運(yùn)行線路在不增加線網(wǎng)的條 件下可以延長(zhǎng)線路運(yùn)行里程，大大方便了無軌電車運(yùn)行線路的整 體規(guī)劃。無軌電車的運(yùn)行在很大程度上可以不受架空線網(wǎng)總體長(zhǎng) 度的制約，給無軌電車的整體發(fā)展提供了廣闊的空間。城市公交車輛尾氣排放，是城市所有車輛尾氣排放的大戶。新型雙源無軌電車是真正零排放、低成本的車輛，它應(yīng)該在城市 的中心區(qū)域得到廣泛使用。在北京三環(huán)路以內(nèi)，應(yīng)該更

11、多的設(shè)置 新型雙源無軌電車的運(yùn)行，對(duì)北京市減少汽車尾氣排放做出更大 貢獻(xiàn)。4. 無軌電車架空線網(wǎng)的優(yōu)化新型電電混合雙源無軌電車的運(yùn)行，對(duì)現(xiàn)有無軌電車線網(wǎng)提 出更高的要求，因?yàn)檐囕v在脫線時(shí)行駛的能量，都必須在線網(wǎng)下 運(yùn)行時(shí)得到回補(bǔ)，使線網(wǎng)的實(shí)際負(fù)荷有一定的增加。因此，首先要對(duì)各段線網(wǎng)的實(shí)際承載能力進(jìn)行核算，每段線 網(wǎng)下能夠運(yùn)行的車輛總數(shù)等數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)算，為車輛運(yùn)行線路的總 體優(yōu)化提供數(shù)據(jù)支持。同時(shí)要為運(yùn)行線路延長(zhǎng)后的首末站（有必 要的）做好充電設(shè)施的設(shè)計(jì)。然后要針對(duì)架空線網(wǎng)的改造，重新 修改設(shè)計(jì)理念，增加線網(wǎng)容量，改善架空線網(wǎng)的美觀，為新型電 車的運(yùn)行提供技術(shù)支持。四、下步考慮的幾項(xiàng)具體工作1.

12、大容量鋰電池的應(yīng)用試驗(yàn)在現(xiàn)有運(yùn)行無軌電車上試驗(yàn)大容量鋰電池。容量設(shè)置 180 安 時(shí)；電壓設(shè)置 384 伏；放電深度 50% ，電池組費(fèi)用控制在 20 萬 元左右。使用方式：脫線行駛里程 20 公里，在線行駛 10 公里完100成電池組充電，每天脫線行駛次數(shù) 5 次，總計(jì)每天脫線行駛 公里，在線網(wǎng)上行駛 50 公里。電瓶組脫線行駛 20 公里使用壽命 為 3 年，然后轉(zhuǎn)入脫線行駛 5 公里使用 2 年，共計(jì)使用壽命為 5年。2. 優(yōu)化后的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)及輔助系統(tǒng)試驗(yàn)無軌電車的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)將采用無變速箱的交流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，該驅(qū) 動(dòng)系統(tǒng)必須能夠適用目前無軌電車驅(qū)動(dòng)橋的變速比，其最大扭矩 滿足車輛加速的需要。另外

13、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在脫線行駛時(shí)必須保證制動(dòng) 能量的回收。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的可靠性是重點(diǎn)的試驗(yàn)項(xiàng)目。輔助高壓系統(tǒng)將是一個(gè)優(yōu)化后的重新組合系統(tǒng)，它在結(jié)構(gòu)上有了突破性的變化，對(duì)提高電車的可靠性和可維護(hù)性起到重要作 用。3. 新型無軌電車的開發(fā)與試驗(yàn)北京無軌電車到 2011 年底， WG120 型電車將報(bào)廢完畢， 屆 時(shí)將只剩下 407 部無軌電車。無軌電車的更新迫在眉睫。從現(xiàn)在開始到明年初，必須策劃好新型無軌電車的技術(shù)與配 置，明年春節(jié)后就要開始著手新電車樣車的生產(chǎn)。新電車技術(shù)策 劃、研討必須細(xì)致的進(jìn)行，決不能很粗放的找一家生產(chǎn)廠就安排 做車，造成車輛的 10 年遺憾。 車輛的技術(shù)研討要在多種層次上展 開，得出的結(jié)論要嚴(yán)格