摘　要：燃油汽车尾气排放产生的PM2．5已成为我国主要城市雾霾天气的主要原因之一。为解决城市燃油汽车造成的环境污染，从技术、环境等方面阐述了混合动力公交汽车在城市应用的可行性，并从混合动力公交汽车的种类与特点出发，对混合动力公交汽车进行分析，提出了城市公交应大力发展LNG混合动力公交汽车。

关键词：混合动力  公交汽车  应用选择

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

随着我国经济的快速发展，汽车在今后较长一段时期需求量仍将保持增长势头，由此带来的能源紧张和环境污染问题将更加突出。汽车尾气排放的污染物是造成灰霾、光化学烟雾污染的重要原因。

为解决机动车污染问题，国家出台了《天然气利用政策》、《汽车产业发展政策》等相关政策，大力发展新能源汽车(包括纯电动汽车、混合动力汽车及燃料电池汽车)、节能汽车(以内燃机为主要动力系统，采用节能技术，综合工况燃料消耗量优于下一阶段目标值的汽车)、以天然气汽车为代表的各类替代燃料汽车。同时，实施“公交优先”发展战略，开展北京、上海、深圳、合肥等25个节能与新能源汽车示范推广试点城市(地区)等工作。

目前，在公交汽车上除天然气公交汽车较为成熟并得到大量应用外^[1-2]，纯电动公交汽车和燃料电池公交汽车由于技术、经济等因素制约，应用尚不成熟，试点应用的城市效果也不理想^[3-5]。本文主要讨论城市混合动力公交汽车的应用与选择问题。

2　混合动力公交汽车在城市应用的可行性

2.1　混合动力公交汽车简介

混合动力汽车(Hybrid Electric Vehicle，HEV)是20世纪90年代末开始逐渐发展起来的，是指采用传统燃料，并配以电动机／发动机(燃油或燃气)来改善低速动力输出和燃油或燃气消耗的汽车。混合动力汽车拥有2种不同动力源，这2种动力源在汽车的不同行驶状态(如起步、低中速、高速、匀速、加速、减速或者制动等)下分别工作，或者一起工作。通过这种组合可以减少燃油或燃气消耗和尾气排放，从而实现省油省气和环保的目的。将混合动力汽车技术应用在公交汽车上，即成为混合动力公交汽车。

混合动力公交汽车的动力系统主要由发动机、电动机、蓄电池、控制系统等构成。按照其工作方式，可以分为串联、并联和混联3种，由于串联方式局限性比较多，目前主要采用混联方式、并联方式。

串联方式的混合动力公交汽车的发动机只作为动力源，汽车只靠电动机驱动行驶。动力系统由发动机、发电机、电动机、蓄电池组成。发动机驱动发电机发电，电能通过控制器输送到蓄电池或电动机，由电动机通过变速机构驱动公交汽车。小负荷时由蓄电池带动电动机驱动车轮，大负荷时由发动机带动发电机发电驱动电动机。当车辆处于起步、加速、爬坡的工况时，发动机一电动机组和蓄电池共同向电动机提供电能；当汽车处于低速、滑行、怠速的工况时，则由蓄电池驱动电动机。当蓄电池缺电时，则由发动机一发电机组向蓄电池充电。

并联方式的混合动力公交汽车是以发动机为主动力，电动机作为辅助动力。动力系统没有单独的发电机，由发动机、电动机、蓄电池组成，电动机和发动机并行排布，动力可以由两者单独提供或是共同提供。系统可以分别独立地向公交汽车传动系统提供转矩，在不同的路面上既可以共同驱动又可以单独驱动。汽车加速爬坡时，电动机和发动机能够同时向传动机构提供动力，一旦车速达到巡航速度，汽车将仅仅依靠发动机维持速度。此处的电动机既可以作电动机又可以作发电机使用。

混联方式的混合动力公交汽车包括了串联与并联的特点，动力系统由发动机、发电机、电动机、蓄电池组成。其在并联的基础上，将发电机和电动机分离开，使车辆能以串联和并联两种方式工作。在低速时只靠电动机驱动行驶，速度提高时发动机和电动机相配合驱动。

2.2　混合动力公交汽车技术分析

混合动力公交汽车是在低速行驶时由蓄电池向电动机提供动力，并由电动机驱动，车速达到一定标准时自动转换为柴油(汽油或天然气)发动机驱动。因而，与其他燃料公交汽车相比，具有许多优越性，具体分析如下：

①混合动力公交汽车是按平均需用的功率来确定燃气发动机的最大功率，此时处于油耗低、污染少的最优工况。富余的功率可发电给蓄电池充电，由于发动机可持续工作，蓄电池又可以不断得到充电，故其行程和普通汽车一样。当燃气发动机动力不够时，电动机(由蓄电池提供动力)和发动机能够同时向传动机构提供动力。而其他燃料公交汽车没有此功能。

②由于混合动力公交汽车采用可充电蓄电池，可以方便地回收制动时、下坡时、怠速时的能量，主动为蓄电池充电。同时，汽车行驶一般在18km／h以上，发动机工作的同时，又会主动为蓄电池充电。而其他燃料公交汽车则无法实现能量回收。

③燃油公交汽车怠速、慢行时燃料消耗大。而混合动力公交汽车怠速、慢行时采用电动机直接驱动，发动机不工作，解决了传统公交汽车燃料消耗大的问题，实现省油的目的。

④燃油公交汽车在繁华拥堵的市区行驶时，速度越慢尾气排放污染越严重，造成更严重的环境污染问题。而混合动力公交汽车一旦遇到信号灯或起步、怠速行驶等速度在18km／h以下的情况，由蓄电池提供动力，电动机直接驱动，发动机不工作，实现“零”排放，实现了环保的目的。

⑤燃油公交汽车在低速度行驶时，动能利用率很低。特别是在遇到信号灯、怠速行驶时，燃油发动机也要工作，但它输出的动能大多不能转化为汽车前进的动能。而混合动力公交汽车正好解决了这一问题。混合动力公交汽车在低速行驶时，燃油发动机关闭，启动电动机驱动。电动机效率不受汽车速度影响，特别是在遇到信号灯、怠速行驶时，发动机完全关闭。也就是说，混合动力公交汽车可以保证汽车上的发动机都是在高速运转。燃油公交汽车的发动机输出动能只有60％～70％转化为汽车前进的动能，而混动力汽车可把这个转化率提高到95％，避免了汽车低速行驶效率低下问题。

⑥混合动力公交汽车对生产、售后服务不需要做大调整。能够充分利用现有汽车发动机的生产技术和生产工艺，也不需要另外建立保养、维修等后勤服务体系。

⑦混合动力公交汽车更安全。如采用程控开关门系统，当车辆开进公交站点，必须在车辆停稳、零速度的情况下，等待4s才能打开车门。

⑧混合动力公交汽车更为舒适。如该车型采用了自动无级变速系统、气囊底盘，大大提高了驾驶员操作与旅客乘坐的舒适度。

因此，混合动力公交汽车比传统公交汽车具有许多优越性，并弥补了纯电动公交汽车续航能力等方面不足的问题，具有较好的发展前景。

2.3　混合动力公交汽车的环境分析

①国外不同的运行区域汽车尾气的排放状况    瑞士联邦环境办公室(FOEN)于2010年9月公布了一项有关“天然气汽车的减排优势”(见表l)。该研究是基于在城市、农村和高速公路运行汽油混合动力汽车和天然气汽车、汽油汽车的同等汽车，检测排放的二氧化碳(CO2)情况。

表1表明：a．在城市内行驶，汽油混合动力汽车是最清洁的。b．在农村地区、高速公路上行驶时(车速快，发动机工作)，在二氧化碳减排方面，纯天然气汽车优于汽油汽车、汽油混合动力汽车。

②混合动力公交汽车的尾气排放情况

中国汽车技术研究中心与武汉理工大学等单位采用同规格的一辆混联柴油混合动力客车与一辆传统柴油客车，在北京通州区交通部公路试验场内，参照《重型混合动力电动汽车能量消耗量试验方法》(GB／T l9754—2005)及美国SAE—J2711标准《混合动力重型车辆排放性能测试》进行了指定工况下的混合动力汽车场地排放测试，结果见表2。

由表2可知：柴油混合动力客车的各种污染物排放均低于传统柴油客车。

因此混合动力公交汽车在技术、环保等方面具有优势，可以用作城市公交汽车，替代燃油公交汽车。

3　混合动力公交汽车的选择

混合动力公交汽车按照燃料种类分为：汽油混合动力公交汽车、柴油混合动力公交汽车、天然气混合动力公交汽车。

3.1　混合动力公交汽车的比较

①汽油／柴油混合动力公交汽车

汽油／柴油混合动力公交汽车分别以汽油、柴油为燃料，在低速行驶时由蓄电池驱动，没有污染。由于公交车高速运转时，必须以汽油或柴油为动力驱动发动机工作，与常规汽油或柴油公交车一样运行，仍然存在汽车尾气污染与PM2.5污染问题。

由表l也可以看出：汽油混合动力汽车在城市最为清洁，但在高速公路与农村运行时(车速较快)，是以汽油为动力驱动发动机工作，其排放的污染物超过天然气汽车。

因而，汽油混合动力公交汽车、柴油混合动力公交汽车对环境还是存在污染，只是比纯汽油／柴油公交汽车在低速条件下对环境的污染少一些，从发展来说，不建议采用汽油或柴油混合动力公交汽车。

②天然气混合动力公交汽车

天然气混合动力公交汽车也称气电混合动力公交汽车，天然气是高效、清洁的燃料，解决了燃油对环境污染的问题与PM2.5的产生问题。从表l也看出：天然气汽车在各种环境下运行是较环保的，特别是在高速公路与农村运行时更为优越。天然气混合动力公交汽车的特点为：

a．混合动力公交汽车采用天然气作能源替代燃油时，该模式既体现了天然气高效环保的优势，又体现了混合动力汽车低速环保的特点(只由蓄电池驱动，发动机不工作)，实现了两种模式的有机结合，发挥了功能最优化。

b．天然气混合动力公交汽车可让蓄电池保持在良好的工作状态，不发生过充、过放，延长其使用寿命，降低成本，也克服了纯电动公交车完成一次充电作业需要4～6h的问题。

c．天然气混合动力公交汽车蓄电池比纯电动公交汽车蓄电池的体积减少了 60％～70％，从而成本也比纯电动公交汽车大大降低。

d．天然气混合动力公交汽车更环保、更节能，有效降低有害气体排放，与纯燃油车相比，尾气中一氧化碳排放量下降80％、碳氢化合物下降60％、氮氧化物下降40％、二氧化碳下降20％，颗粒物的排放基本消除，环保达到欧V水平。

因此，城市公交汽车建议推广天然气混合动力公交汽车。

3.2　天然气混合动力公交汽车的选择

天然气混合动力公交汽车又分为LNG混合动力公交汽车与CNG混合动力公交汽车。

CNG混合动力公交汽车采用高压CNG钢瓶储气(20MPa的天然气)，为常温高压天然气；而LNG混合动力公交汽车采用LNG钢瓶储气(0.6MPa左右的液化天然气)，为低温液化天然气。具体体现如下：

a．CNG混合动力公交汽车采用CNG钢瓶储气时，由于受车辆尺寸影响，一般8～10个气瓶，储存量不大。而LNG混合动力公交汽车采用LNG钢瓶储气，储存量大。

b．CNG混合动力公交汽车钢瓶储气量不大，一般每天加一次气。而LNG混合动力公交汽车一般两天加一次气，比CNG混合动力公交汽车减少了加气次数，且比CNG混合动力公交汽车续航里程长。

c．CNG混合动力公交汽车钢瓶重量较大，与LNG混合动力公交汽车相比，加大了汽车负荷，增加了燃料消耗。

d．LNG混合动力公交汽车加气时间较短(5min左右)，而CNG混合动力公交汽车加气时间较长(约15min左右)，缩短了车辆等待、排队问题。

e．CNG混合动力公交汽车钢瓶储气压力高(20MPa的天然气)，而LNG混合动力公交汽车钢瓶压力低(0.6MPa左右液化天然气)，较为安全。

f．LNG混合动力公交汽车由于采用LNG为燃料，其储量大，发动机可以解决耗能大的空调、供暖、除霜等纯电动汽车遇到的难题。

因此，从LNG混合动力公交汽车与CNG混合动力公交汽车的对比看，LNG混合动力公交汽车优于CNG混合动力公交汽车，城市天然气混合动力公交汽车建议发展LNG混合动力公交汽车。

4　结论

①混合动力公交汽车与传统公交汽车相比，具有技术、环境等方面的优势，可以应用于城市公交汽车。

②天然气混合动力公交汽车优于其他混合动力公交汽车，它既体现了天然气高效环保的优势，又体现了混合动力汽车低速时由蓄电池带动电动机驱动车轮，实现“零排放”的特点。因而，天然气混合动力公交汽车更环保、更节能。

③天然气混合动力公交汽车中的LNG混合动力公交汽车比CNG混合动力公交汽车更为优越，因而，在城市应大力发展LNG混合动力公交汽车。

参考文献：

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[3]李孟良，聂彦鑫，过学迅．混合动力客车与传统客车排放测试研究[J]．汽车技术，2009(10)：51-54．

[4]袁翔，张劲松，靳增鑫，等．气电}昆合动力汽车的可行性分析[J]．公路与汽运，2010(3)：1-3．

[5]曹正策，胡琴．混合动力电动公交车产业化构想[J]．汽车工业研究，2005(12)：38-40．

本文作者：广宏

作者单位：贵州燃气(集团)有限责任公司