鋰離子動(dòng)力電池電動(dòng)客車運(yùn)行可行性及技術(shù)經(jīng)濟(jì)性分析

PAGEPAGE27內(nèi)部資料，會(huì)后收回研究報(bào)告研究單位：北京理工大學(xué)2008年月

在電動(dòng)汽車使用以及將來的商業(yè)化與產(chǎn)業(yè)化發(fā)展過程中，電動(dòng)汽車的技術(shù)特征與經(jīng)濟(jì)性等內(nèi)部因素起著決定性的作用。為積累電動(dòng)汽車運(yùn)行的經(jīng)驗(yàn)，檢驗(yàn)鋰離子電池電動(dòng)客車奧運(yùn)運(yùn)行的可行性，課題組模擬奧運(yùn)中心區(qū)通勤車輛運(yùn)行模式，開展了北京市121路公交車線路示范運(yùn)行工作（其中部分鋰離子電動(dòng)客車采用快速更換電池方式運(yùn)行）和北京理工大學(xué)班車示范運(yùn)行，進(jìn)行了相關(guān)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性分析。自2007年3月至2008年7月，121路鋰離子電池電動(dòng)客車陸續(xù)投入14輛進(jìn)行示范運(yùn)行，累計(jì)運(yùn)行21萬余公里，北京理工大學(xué)電動(dòng)旅游班車陸續(xù)投入4輛進(jìn)行示范運(yùn)行，累計(jì)運(yùn)行7.7萬余公里，積累了大量的運(yùn)行數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)，為鋰離子電池電動(dòng)客車奧運(yùn)期間的運(yùn)行打下來良好的基礎(chǔ)。1電動(dòng)汽車的技術(shù)特征1.1電動(dòng)汽車概述電動(dòng)汽車是全部或部分由電能驅(qū)動(dòng)電機(jī)作為動(dòng)力系統(tǒng)的汽車，按照目前技術(shù)的發(fā)展方向或者車輛驅(qū)動(dòng)原理，可以劃分為純電動(dòng)汽車、混合動(dòng)力汽車和燃料電池汽車三種類型。⑴純電動(dòng)汽車純電動(dòng)汽車是完全由二次電池（如鉛酸電池、鎳鎘電池、鎳氫電池或鋰離子電池）提供動(dòng)力的汽車。純電動(dòng)汽車被認(rèn)為是電動(dòng)汽車發(fā)揮作用的技術(shù)基礎(chǔ)和未來?，F(xiàn)在純電池技術(shù)發(fā)展已經(jīng)相當(dāng)成熟，國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家和我國(guó)都進(jìn)行了小批量生產(chǎn)。然而，純電池電動(dòng)汽車的缺點(diǎn)也較為突出，如：能量低、質(zhì)量大、充電時(shí)間長(zhǎng)、成本高、折舊快，還容易對(duì)環(huán)境造成二次污染等。因而，純電動(dòng)汽車在應(yīng)用方面受到一定的限制。但是，純電動(dòng)汽車完全消除了車輛在運(yùn)行中的廢氣排放，完全使用二次能源——電能使其更符合能源持續(xù)利用戰(zhàn)略，因而隨著技術(shù)水平的進(jìn)步，純電動(dòng)汽車具有較為廣闊的發(fā)展前景。⑵混合動(dòng)力汽車混合動(dòng)力汽車是在純電動(dòng)汽車開發(fā)過程中為有利于市場(chǎng)化而產(chǎn)生的一種新車型。其車載動(dòng)力源有多種：蓄電池、燃料電池、太陽(yáng)能電池、內(nèi)燃機(jī)車的發(fā)電機(jī)組等。目前，混合動(dòng)力汽車一般是指在一輛汽車中同時(shí)采用了電動(dòng)機(jī)和內(nèi)燃機(jī)，再加上蓄電池的電動(dòng)汽車。它采用內(nèi)燃機(jī)和電動(dòng)機(jī)兩種動(dòng)力，將現(xiàn)有內(nèi)燃機(jī)與一定容量的儲(chǔ)能器件結(jié)合，如：高性能電池或超級(jí)電容器，通過先進(jìn)控制系統(tǒng)相結(jié)合，提供車輛行駛所需要的動(dòng)力。與純電動(dòng)汽車相比，混合動(dòng)力汽車的主要特點(diǎn)在于：采用復(fù)合動(dòng)力后可按平均需用的功率來確定內(nèi)燃機(jī)的輸出功率，使內(nèi)燃機(jī)以油耗低、污染少的最優(yōu)工況進(jìn)行工作。當(dāng)車輛需要大功率，而內(nèi)燃機(jī)輸出功率不足時(shí)，由車載電池來進(jìn)行補(bǔ)充；當(dāng)車輛負(fù)荷減少時(shí)，富余的功率可發(fā)電給電池充電。由于內(nèi)燃機(jī)可持續(xù)工作，電池又可以不斷得到充電，故其行程和普通汽車一樣。因?yàn)橛辛塑囕d電池，可以十分方便地回收制動(dòng)時(shí)、下坡時(shí)、怠速時(shí)的剩余能量，提高能量的利用效率。在繁華市區(qū)，可關(guān)停內(nèi)燃機(jī)，由電池單獨(dú)驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)“零”排放。有了內(nèi)燃機(jī)可以十分方便地解決耗能大的空調(diào)、取暖、除霜等純電動(dòng)汽車遇到的難題。可以利用現(xiàn)有的加油站加油，不必再投資新建基礎(chǔ)設(shè)施?？勺岆姵乇３衷诹己玫墓ぷ鳡顟B(tài)，不發(fā)生過充、過放，延長(zhǎng)其使用壽命。因?yàn)槠渚哂型顿Y少、選擇余地大、易于滿足未來排放標(biāo)準(zhǔn)和節(jié)能目標(biāo)、市場(chǎng)接受度高的特點(diǎn)，從而引起各大汽車公司的關(guān)注。但是，混合動(dòng)力汽車沒有從根本上擺脫交通運(yùn)輸對(duì)石油資源的耗用問題，同時(shí)，在以內(nèi)燃機(jī)為主提供動(dòng)力時(shí)，無法有效降低車輛的環(huán)境影響。因此，從技術(shù)角度分析，混合動(dòng)力汽車是電動(dòng)汽車發(fā)展過程中一段時(shí)期內(nèi)的一種過渡性技術(shù)。⑶燃料電池電動(dòng)汽車燃料電池汽車，即以燃料電池作為動(dòng)力系統(tǒng)的汽車。燃料電池是一種能與燃油發(fā)動(dòng)機(jī)相比的電池，可以使用包括再生燃料在內(nèi)的所有含氫元素的燃料。燃料電池車的工作原理是：作為燃料的氫在汽車搭載的燃料電池中，與大氣中的氧發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而產(chǎn)生電能啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)汽車行駛。由于大量的純氫難以貯存在汽車上，而且加氫站也沒有那么多，因此，汽車制造商們正試圖使用汽油或甲醇，同時(shí)在汽車上安裝燃料重整裝置，以便從這些物質(zhì)里提取氫。但這將會(huì)產(chǎn)生極少的二氧化碳和氮氧化物，總的來說，這類化學(xué)反應(yīng)除了電能，就只產(chǎn)生水，因此，燃料電池車被稱為“真正的環(huán)保車”。從調(diào)整能源結(jié)構(gòu)角度，燃料電池汽車被認(rèn)為是汽車技術(shù)發(fā)展的最終解決方案。燃料電池作為電動(dòng)汽車的動(dòng)力來源，其特點(diǎn)主要表現(xiàn)在：能量轉(zhuǎn)化效率高。燃料電池的能量轉(zhuǎn)換效率可高達(dá)60～80%，為內(nèi)燃機(jī)的2～3倍。不污染環(huán)境。燃料電池的燃料是氫和氧，生成物是清潔的水，它本身工作不產(chǎn)生CO和CO2，也沒有硫和微粒排出，沒有高溫反應(yīng)，也不產(chǎn)生NOx。如果使用車載的甲醇重整催化器供給氫氣，僅會(huì)產(chǎn)生微量的CO和較少的CO2。壽命長(zhǎng)。燃料電池本身工作沒有噪聲，沒有運(yùn)動(dòng)性，沒有振動(dòng)，其電極僅作為化學(xué)反應(yīng)的場(chǎng)所和導(dǎo)電的通道，本身不參與化學(xué)反應(yīng)，沒有損耗，壽命長(zhǎng)?，F(xiàn)階段，燃料電池的許多關(guān)鍵技術(shù)還處于研發(fā)試驗(yàn)階段，此外，燃料電池的理想燃料——?dú)洌谥苽?、供?yīng)、儲(chǔ)運(yùn)等方面距離實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，還有著大量的技術(shù)與經(jīng)濟(jì)問題有待解決。1.2電動(dòng)汽車性能對(duì)比面對(duì)工業(yè)化和城市化帶來的日趨嚴(yán)重的環(huán)境污染及對(duì)稀缺資源的過度消耗，尋求社會(huì)、經(jīng)濟(jì)資源、環(huán)境的相互促進(jìn)與協(xié)調(diào)發(fā)展已成為世界性潮流。以平衡利用多種形式的能源資源，降低汽車尾氣排放污染為目的的電動(dòng)汽車開發(fā)得到了世界上許多國(guó)家政府和著名汽車制造廠商的高度重視。在電動(dòng)汽車的發(fā)展過程中，政府以及眾多的汽車生產(chǎn)廠商對(duì)各類電動(dòng)汽車的性能與特征進(jìn)行了大量的研究，以確定合理的發(fā)展對(duì)策。從實(shí)用化的角度看，最有可能實(shí)現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用的是混合動(dòng)力汽車和純電動(dòng)汽車。混合動(dòng)力汽車相比較燃油汽車在環(huán)境性能上有了很大提升，但是，混合動(dòng)力汽車還是不能完全擺脫對(duì)石油資源的耗用，因此混合動(dòng)力汽車僅能作為一種過渡性的產(chǎn)品。從環(huán)境性能和社會(huì)效應(yīng)來說，純電動(dòng)汽車是理想的車型，但受目前技術(shù)水平的制約（主要體現(xiàn)在電池性能、充電設(shè)施普及以及車輛成本等方面），限制了電動(dòng)汽車的大范圍推廣，如果能彌補(bǔ)以上技術(shù)上的不足，通過優(yōu)先發(fā)展電動(dòng)客車等適合純電動(dòng)汽車應(yīng)用的領(lǐng)域，電動(dòng)汽車將獲得更大范圍的普及。表1電動(dòng)汽車的性能對(duì)比比較項(xiàng)目混合動(dòng)力汽車純電動(dòng)汽車發(fā)展概況兩種以上的動(dòng)力系統(tǒng)混合進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，具備了兩種不同動(dòng)力系統(tǒng)的性能優(yōu)點(diǎn)，而且在燃料經(jīng)濟(jì)性和排放上具備了良好的性能。電能驅(qū)動(dòng)所占比重有著上升的趨勢(shì)。采用蓄電池中的電能驅(qū)動(dòng)電機(jī)進(jìn)而驅(qū)動(dòng)車輛行駛，隨著鎳氫電池和鋰離子電池等新型動(dòng)力電池的采用，一次充電續(xù)駛里程有所延長(zhǎng)，可靠性提高。行駛性能行駛性能與傳統(tǒng)車輛比較至少相同或更好。行駛性能基本達(dá)到了傳統(tǒng)車輛的水平。續(xù)駛里程續(xù)駛里程較傳統(tǒng)車輛更長(zhǎng)；120～250公里；環(huán)境性能CO2排放量由于車型的不同，CO2排放量只有汽油車的1/2，CO2排放量減低效果明顯。行駛時(shí)CO2的排放為零；考慮發(fā)電時(shí)的排出物污染，相當(dāng)于柴油車的10%。NOX排放量和SPM與傳統(tǒng)柴油機(jī)對(duì)比NOX排放量至少減少10%；行駛中的SPM非常少。行駛時(shí)NOX的排放為零；考慮發(fā)電時(shí)的排出物污染，相當(dāng)于汽油車的40～50%。成本基本價(jià)格同傳統(tǒng)車輛相比價(jià)格應(yīng)低于1.5倍。同傳統(tǒng)車輛相比價(jià)格為1.5～2.5倍（含電池）。運(yùn)行費(fèi)用燃料效應(yīng)是傳統(tǒng)汽油車的2倍；電池更換的年限周期應(yīng)保證在3-7年以上。燃料費(fèi)用一般為汽油車的1/3；電池更換的年限周期少于5年。車輛應(yīng)用類型乘用車已完成了商品化銷售，完善品種；大型車實(shí)現(xiàn)商品化銷售。乘用車和小型貨車的商品化。配套基礎(chǔ)設(shè)施汽油和甲醇改質(zhì)方式、車加油或加氣，完全可以利用現(xiàn)有的加油站（加氣站）網(wǎng)絡(luò)或稍加改造就可運(yùn)營(yíng)。包括專用充電機(jī)、專用充電站和通用充電機(jī)及公共場(chǎng)所用充電站及充電站監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)等。完全依靠新建，初期的基礎(chǔ)建設(shè)成本很高。主要技術(shù)難點(diǎn)混合動(dòng)力汽車的技術(shù)難點(diǎn)在于降低維修保養(yǎng)費(fèi)用、提高電池性能。蓄電池的性能及使用壽命；電機(jī)及控制系統(tǒng)；高效充電系統(tǒng)。主要研發(fā)方向提高電池性能；降低車輛價(jià)格；提高制動(dòng)能量回收系統(tǒng)效率。提高電池性能、降低價(jià)格；充電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。1.3電動(dòng)汽車的推廣優(yōu)勢(shì)傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車在使用過程中產(chǎn)生了有害尾氣及噪聲污染等，同時(shí)車輛使用加速了石油這一不可再生資源的過度消耗，不利于社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。相反，電動(dòng)汽車在不同程度上改善了這些問題，與燃油汽車相比其優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在以下三個(gè)方面。⑴降低尾氣排放及噪聲污染，有效改善環(huán)境質(zhì)量降低尾氣排放汽車產(chǎn)生的污染主要包括有害尾氣、噪聲以及揚(yáng)起的塵土，其中，危害最大的是廢氣。在城市大氣污染中，汽車尾氣已成為最大的污染源之一。根據(jù)有關(guān)分析，汽車尾氣中各種氣體成分約有1000多種，其中對(duì)人體健康危害最大的是一氧化碳、碳?xì)浠衔锖偷趸锏?。這些有害物質(zhì)能夠引起人們的呼吸道疾病、生理機(jī)能障礙，甚至導(dǎo)致癌癥。而電動(dòng)汽車以蓄電池的電能為動(dòng)力，在行使時(shí)幾乎沒有廢氣排出，比燃油汽車減少92%～98%，是最被看好的“零污染”汽車，因而電動(dòng)汽車的使用為解決環(huán)境污染提供了一條新的途徑。減少噪音污染與燃油相比較電動(dòng)汽車系統(tǒng)只有少量的電磁噪聲和機(jī)械噪聲，通常其噪聲比同類型燃油車輛低10～15dB。表2比較了燃油汽車和電動(dòng)汽車在不同車速下的噪聲情況。表2燃油汽車和電動(dòng)汽車在不同車速下的噪聲單位：dB噪聲燃油汽車車內(nèi)車外電動(dòng)汽車車內(nèi)車外勻速35（3速）7367676630（4速）70697066加速35（3速）8175726630（4速）76727166數(shù)據(jù)來源：北京電動(dòng)公交車運(yùn)行試驗(yàn)從表中數(shù)據(jù)可以看出推廣使用電動(dòng)汽車是降低噪聲污染的有效途徑。⑵有利于調(diào)整和改善能源消耗結(jié)構(gòu)電動(dòng)汽車以電能為動(dòng)力，電能的來源多種多樣，既可以利用煤炭、石油、天然氣等礦物資源，也可以產(chǎn)生于水力、風(fēng)力、潮汐、地?zé)嵋约昂四?，因此能夠?jié)約相對(duì)稀缺的石油資源。地質(zhì)專家估計(jì)，以目前的開采速度，全球已探明石油儲(chǔ)量將在幾十年內(nèi)耗盡。在我國(guó)，石油更被列為短缺礦產(chǎn)資源的首位。實(shí)行能源多樣化政策，降低對(duì)石油的依賴和消耗量，已成為許多國(guó)家的共識(shí)。據(jù)估計(jì)，汽車用油占到目前世界石油消費(fèi)總量的40%，在我國(guó)，2006年的石油消耗量為3.46億噸（進(jìn)口1.62億噸），其中汽車消耗了90%的汽油和20%的柴油，如果能大幅度降低汽車這一“用油大戶”的耗油量，無疑為實(shí)現(xiàn)能源的持續(xù)利用開辟了一個(gè)廣闊的空間。從實(shí)行能源利用多樣化的角度來說，電動(dòng)汽車將是一個(gè)很好的選擇。在我國(guó)能源結(jié)構(gòu)中，煤炭所占比重高達(dá)70%以上，而石油不足20%；因此，發(fā)展電動(dòng)汽車更是大有前途。⑶有利于提高能源利用效率電動(dòng)汽車的能量利用效率要比內(nèi)燃機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)汽車高。配備先進(jìn)車輛控制系統(tǒng)的電動(dòng)汽車在交通堵塞時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)不需要怠速運(yùn)轉(zhuǎn)，瞬態(tài)不耗能；制動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)可以起到發(fā)電機(jī)的作用，也就是說能把汽車動(dòng)能轉(zhuǎn)化成電能儲(chǔ)存進(jìn)蓄電池。另外，有研究表明，等量的原油經(jīng)過粗煉送到電廠發(fā)電，再充入電池，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)汽車的能量利用效率，要比精煉成汽油后，經(jīng)過運(yùn)輸、加油，再經(jīng)汽油機(jī)驅(qū)動(dòng)汽車高八個(gè)百分點(diǎn)。表3燃油汽車和電動(dòng)車的油能源綜合使用效率類型效率燃油汽車電動(dòng)汽車油煉制效率87%94%運(yùn)輸效率95%--車輛效率14%--發(fā)電效率--38%輸電效率--94%充電機(jī)效率--92%充放電效率--76%電動(dòng)機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)效率15%（勻速）、12%（加速）70%（勻速）、80%（加速）綜合效率12%20.8%數(shù)據(jù)來源：北京市清潔汽車試點(diǎn)示范工程數(shù)據(jù)總之，電動(dòng)汽車具有無（低）排放污染、噪聲低、易于操縱、維修及運(yùn)行成本低等優(yōu)點(diǎn)，在環(huán)保和節(jié)能上具有不可比擬的優(yōu)勢(shì)，它是解決人類能源和環(huán)境壓力的最有效途徑。2鋰離子電池電動(dòng)客車技術(shù)性分析2.1電動(dòng)公交客車試運(yùn)行工況統(tǒng)計(jì)分析2.1.1試運(yùn)行路況具體情況⑴路線：北京公交路線121；⑵地理區(qū)間：西黃莊——阜成門，（區(qū)間：定慧寺——阜成門）；⑶路線圖：西黃莊——南塢——東冉村——小煤廠——金莊——營(yíng)慧寺——五孔橋——定慧橋——定慧寺——西釣魚臺(tái)——八里莊——西三環(huán)——馬神廟——白堆子——甘家口——阜外西口——展覽路——阜成門；⑷地勢(shì)：沿途最大坡度為3.5%；⑸站與站的平均距離：740m；⑹總長(zhǎng)度：25.4km，13.2km（區(qū)間）；⑺車場(chǎng)位置：兩端終點(diǎn)分別為西黃莊和阜成門，車場(chǎng)距線路首末站距離分別為200和500m。⑻客運(yùn)條件每小時(shí)客運(yùn)量：高峰期為1300~1600人/小時(shí)；正常為800~900人/小時(shí)；每日運(yùn)營(yíng)時(shí)間：早5：30~晚24：00；首站至末站行駛時(shí)間：45~50min；每輛車每日行駛時(shí)間：?jiǎn)伟酁?圈，車隊(duì)車輛一般每天行駛2班；區(qū)間車單班行駛7圈⑼交通路況公交專線：部分有；兩站的最多起停次數(shù)：6～９次；最大行駛速度；50km/h；首末站的最短及最長(zhǎng)等候時(shí)間：最長(zhǎng)6min，最短2min；具體工況參數(shù)見表4所示表4工況參數(shù)表地里區(qū)間總距離（Km）全程?？空緮?shù)站間平均距離（m）車站停車時(shí)間（s）西黃莊——阜成門25.43474010-35全程行駛時(shí)間(min)紅綠燈個(gè)數(shù)紅綠燈停車時(shí)間（s）單班平均行駛里程最高車速45~5080-60s93km55平均車速車站平均停車時(shí)間紅綠燈平均停車時(shí)間平均制動(dòng)速度平均加速度21．617．2S19．3S0．84m0．37m/s兩站間最多起停次數(shù)沿途最大坡度客運(yùn)量每日運(yùn)營(yíng)時(shí)間公交專線6~93.5%高峰期1300~1600人/小時(shí)；正常為800~900人/小時(shí)5：30——24：00部分路段有2.1.2工況統(tǒng)計(jì)分析為對(duì)試驗(yàn)路況的典型性進(jìn)行分析，并對(duì)以后的試驗(yàn)提供可靠的工況依據(jù)，以及為公共汽車及今后電動(dòng)公共汽車車輛選型，運(yùn)營(yíng)方式確定及運(yùn)營(yíng)成本分析提供科學(xué)依據(jù)。在試驗(yàn)的過程中，還對(duì)北京市的公交工況進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析。2.1.2.1工況統(tǒng)計(jì)參數(shù)為了評(píng)價(jià)車輛行駛工況及建立行駛工況模型，選擇9個(gè)參數(shù)作為評(píng)價(jià)行駛工況的影響因素。其中：V1：整個(gè)行駛工況的平均速度(km/h)；V2：平均技術(shù)速度(不包含上下乘客，但包括遵循交通規(guī)則停車時(shí)間所計(jì)算的平均車速，km/h)；a：所有加速模式的平均加速度(m/s2)；d：所有減速模式的平均減速度(m/s2)；T：行駛周期的平均時(shí)間長(zhǎng)度(s)；Pi：怠速模式的時(shí)間百分比；Pa：加速模式的時(shí)間百分比；Pd：減速模式的時(shí)間百分比；Pc：勻速模式的時(shí)間百分比。2.1.2.2工況調(diào)研方法工況調(diào)研主體為在市區(qū)公交線路上行駛的公共汽車，測(cè)量與紀(jì)錄裝置為山東龍口產(chǎn)非接觸車速儀（AM——2100）。平均車速是工況模型中的最為重要的參數(shù)。所選道路必須能夠綜合反映北京市市區(qū)公交道路的整體狀況。在行駛工況調(diào)查中主要采用按照所選的不同類型道路，在不同日期(工作日、休息日)，不同時(shí)段(早、中、晚)，逐條道路進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，調(diào)查時(shí)采取隨車流按公交工況行駛和隨機(jī)跟蹤一輛行駛的公共汽車兩種方式相結(jié)合。試驗(yàn)時(shí)間選擇在早5：00到晚23：00，包括上下班高峰的時(shí)間段。2.1.2.3平均車速的統(tǒng)計(jì)分布規(guī)律運(yùn)用概率平均車速法對(duì)北京市多條公共汽車線路的平均車速進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，其統(tǒng)計(jì)結(jié)果的概率分布結(jié)果與對(duì)數(shù)正態(tài)分布相似。和其均值、方差分別為：將計(jì)算結(jié)果代入對(duì)數(shù)正態(tài)分布概率密度公式，得：=1\*GB2⑴實(shí)際理論V(km/h）p實(shí)際理論V(km/h）p圖2平均車速分布概率實(shí)際與理論對(duì)比P圖1平均車速統(tǒng)計(jì)分布V（km/h）13710161922252831343700.020.040.060.08402.1.2.4工況參數(shù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果及分析圖4.平均加速度和平均減速度加/減速度(m/s2)圖4.平均加速度和平均減速度加/減速度(m/s2)ad美國(guó)加州美國(guó)US75日本11工況某路1平均值歐洲15工況某路2某路3某路4某路5某路6美國(guó)加州美國(guó)US75日本11工況某路1平均值歐洲15工況某路2某路3某路4某路5某路6圖6.各種行駛模式時(shí)間百分比百分比PdPcPaPi美國(guó)加州美國(guó)US75日本11工況某路1平均值歐洲15工況圖3.平均速度車速(km/h)V1V2某路2某路3某路4某路5某路6美國(guó)加州美國(guó)US75日本11工況某路1平均值歐洲15工況某路2某路3某路4某路5某路6圖5.一個(gè)行駛周期平均行駛時(shí)間時(shí)間(s)2.1.3工況模型建立獲取行駛工況模型總的思路就是從已測(cè)量的大量實(shí)際行車數(shù)據(jù)中提煉出能反映實(shí)際行車特點(diǎn)的特征參數(shù)，獲得行駛工況模型曲線。按工況模型最終確定方式和主要用途的不同，可以把工況模型分為計(jì)算工況模型和統(tǒng)計(jì)工況模型。兩種工況模型均可以用于計(jì)算機(jī)模擬計(jì)算和試驗(yàn)臺(tái)測(cè)試，但統(tǒng)計(jì)工況模型用于實(shí)際道路車輛測(cè)試有一定的難度。每條路線最簡(jiǎn)單的工況模型應(yīng)包括加速，勻速，減速，怠速4個(gè)階段。=2\*GB2⑵圖7行駛工況計(jì)算模型時(shí)間(s)速度(km/h)ⅠⅡⅢ其中，為車輛行駛時(shí)間比例。在模型中采用一個(gè)環(huán)路典型行駛周期，兩個(gè)市區(qū)一般道路典型行駛周期。具體參數(shù)的引用在遵循客觀統(tǒng)計(jì)結(jié)果的基礎(chǔ)上為了便于實(shí)際操作進(jìn)行了數(shù)據(jù)圓整。行駛工況模型如圖7所示，具體各段參數(shù)如表5圖7行駛工況計(jì)算模型時(shí)間(s)速度(km/h)ⅠⅡⅢ表5行駛工況參數(shù)表Ⅰ速度(km/h)時(shí)間(s)加速度(m/s2)Ⅱ速度(km/h)時(shí)間(s)加速度(m/s2)Ⅲ速度(km/h)時(shí)間(s)加速度(m/s2)0~17130.3630~22170.3590~31170.50617200221503178017~07-0.67622~09-0.67931~012-0.71801000900130表6行駛工況模型與實(shí)測(cè)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的比較參數(shù)V1，km/hV2，km/hT，sa，m/s2d，m/s2實(shí)測(cè)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)19．1722.1662.50.4330.697行駛工況模型18.1821.2762.70.4090.691誤差率5.16%4.02%0.32%5.54%0.86%2.2鋰離子電池不一致性分析2.2.1電池的不一致性特性分析電池的不一致性是指同一規(guī)格，同一型號(hào)的電池電壓、內(nèi)阻、容量等方面參數(shù)的差別。電壓是不一致性最為直觀，也是最容易測(cè)量的表現(xiàn)形式。在不同放電深度下，測(cè)量電池組中單電池的電壓，可以得到靜態(tài)單電池不一致性數(shù)據(jù)。圖8顯示了試驗(yàn)用電動(dòng)大客車采用的鋰離子電池組在不同放電情況下部分單電池電壓的不一致情況。從圖中可以看出，電池電壓不一致性在充滿電時(shí)還表現(xiàn)不很明顯，但經(jīng)過一段行車后（淺放電階段），不一致性有了一定的體現(xiàn)，在電池深放電（80%以上）時(shí)電池不一致性成為影響電動(dòng)汽車行駛性能的重要因素。在此情況下，出現(xiàn)個(gè)別電池端電壓低于鋰電池的最低工作電壓，從而限制了其他電池的繼續(xù)放電，形成木桶效應(yīng)，從而使電動(dòng)汽車的續(xù)駛里程受到影響。電池序號(hào)電池序號(hào)電壓/VV圖8不同放電深度電池電壓分布圖3.003.403.804.200102030405060充電后放電40~50%終止放電圖9是在電動(dòng)公交車行駛過程中，測(cè)量鋰離子電池系統(tǒng)中串聯(lián)的兩組電池電壓的變化過程。圖的下部是行車過程中電池組電流的變化情況，上部對(duì)應(yīng)是兩組電池端電壓的變化情況。總體曲線表現(xiàn)特征與前述動(dòng)力鉛酸電池動(dòng)態(tài)電壓不一致性表現(xiàn)相似。在大電流放電瞬時(shí)，兩組電池電壓差最大可達(dá)0.15V。電壓V/V時(shí)間t/min圖11單電池放電電壓隨電流變化曲線2.80電壓V/V時(shí)間t/min圖11單電池放電電壓隨電流變化曲線2.805101520253035455051015202530354550時(shí)間t/min電流I/A3.23.64.0004080120160圖9串聯(lián)鋰離子電池電壓不一致性電壓V/V0204060801001201403.13.23.33.43.53.63.73.8時(shí)間t/s020406080100120140020406080100120時(shí)間t/s電流C/A圖10并聯(lián)鋰離子電池電流不一致性02040608010012014001030204050607080時(shí)間t/s電流C/A020406080100電壓V/V120140200250300350400450時(shí)間t/s在放電后期，鋰離子單電池電壓隨放電電流的變化如圖11所示，此曲線繪制為電動(dòng)旅游客車BFC6110－EV行駛180km后，即電池已經(jīng)進(jìn)入放電后期。從圖中也同樣可以看出在動(dòng)態(tài)情況下，電池電壓不一致性的變化。在曲線記錄初期，電池間電壓差小于0.02V，但隨放電過程的進(jìn)行，電壓差迅速增加，在動(dòng)態(tài)情況下，擴(kuò)大到0.5V。同樣說明，電池放電后期，容量較低電池電壓衰減迅速，若不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)并停止對(duì)電池繼續(xù)放電，將對(duì)電池造成不可逆性損害。2.2.2電池不一致性形成原因分析蓄電池不一致性產(chǎn)生的原因有兩個(gè)方面：一是在制造過程中工藝上的問題和材質(zhì)的不均勻；二是在裝車使用后電池組中各個(gè)電池的電解液密度、溫度和通風(fēng)條件、自放電程度及充放電過程等差別的影響。根據(jù)使用中電池組不一致性擴(kuò)大的原因和對(duì)電池組性能影響方式，可以把電池的不一致性分為容量不一致、電阻不一致和電壓不一致。電池容量不一致：主要是由于木桶效應(yīng)而影響整個(gè)電池組充放電容量，從而降低電動(dòng)汽車的續(xù)駛里程。電阻不一致：造成串連組中各單體充電時(shí)溫升不一致和充電電壓不一致，從而影響到充電安全和充入的容量，造成并連組中各電池充放電電流不一致，影響整個(gè)電池組的可用容量。電壓不一致：造成并連組中電池的互充電另外以上三種不一致都造成電池的充放電效率降低，影響了電動(dòng)汽車的續(xù)駛里程和電池的使用壽命。2.2.3電池組一致性發(fā)展規(guī)律統(tǒng)計(jì)分析4.154.174.194.214.114.154.174.194.214.114.134.094.070.00.30.10.2概率Probability電壓Voltage4.154.174.194.214.114.134.094.070.250.000.050.100.150.203個(gè)月3Months4.154.174.194.214.114.134.094.070.000.050.100.150.20圖12電壓不一致性統(tǒng)計(jì)結(jié)果概率Probability概率Probability1個(gè)月1Months5個(gè)月5Months電壓Voltage電壓Voltage從中可以看出，最初電壓在4.15～4.16V出現(xiàn)的概率最大，隨著時(shí)間的推移，概率最大電壓段有上升到4.16～4.17V的趨勢(shì)。隨著使用時(shí)間的增加，電池組的電壓分散程度增加。從連續(xù)5個(gè)月的情況看，峰值概率已經(jīng)從0.25降到0.18。最高和最低電壓壓差已經(jīng)從0.11V擴(kuò)大到0.19V。電壓不均勻分布概率圖的另一個(gè)重要特點(diǎn)是各個(gè)電壓段的概率值在峰值兩端基本成對(duì)稱分布且成逐步下降趨勢(shì)，分布狀態(tài)與正態(tài)分布相似。假設(shè)在上述電壓分段中，概率成均勻分布，所以取概率分布分段電壓中間值估計(jì)計(jì)算整體概率分布的均值和方差。方差和均值的計(jì)算結(jié)果如表7。表7不一致性分布均值和方差計(jì)算結(jié)果時(shí)間Time1個(gè)月(1Month)2個(gè)月(2Months)3個(gè)月(3Months)4個(gè)月(4Months)5個(gè)月(5Months)均值Mean4.15274.15314.15474.15804.1663方差Variance0.0002430.0003830.0005690.0007050.00104以統(tǒng)計(jì)計(jì)算所得的各月均值和方差作為正態(tài)分布概率密度函數(shù)的均值和方差，可以得到概率密度曲線族，如圖13所示。5條曲線隨峰值從上而下依次按月以時(shí)間順序排列。隨時(shí)間增加不一致性成擴(kuò)大趨勢(shì)。圖13電壓不一致性分布的概率密度函數(shù)曲線電壓Voltage(V)f(x)為更好的說明電池不一致性分布情況遵循正態(tài)分布規(guī)律，運(yùn)用(卡方)擬合優(yōu)度檢驗(yàn)方法對(duì)電池組不一致性理論分布進(jìn)行正態(tài)性檢驗(yàn)。把統(tǒng)計(jì)過程中單電池電壓范圍3.95～4.25V以0.01V為區(qū)分度劃分為31個(gè)區(qū)間進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，所以令的自由度，在統(tǒng)計(jì)分析中，均值和方差都是未知量，所以，假設(shè)檢驗(yàn)的顯著性水平，在分布表中查得。計(jì)算公式為圖13電壓不一致性分布的概率密度函數(shù)曲線電壓Voltage(V)f(x)(1)其中為統(tǒng)計(jì)樣本的分類數(shù)，為第類實(shí)際觀察頻數(shù)，為第類的理論頻數(shù)。根據(jù)公式(3.21)計(jì)算各個(gè)月份的值，計(jì)算結(jié)果如表8所示。計(jì)算所得結(jié)果均小于，所以可以肯定電池組不一致性分布概率用正態(tài)分布來擬合是合適的。表8不同月份計(jì)算表月份1個(gè)月2個(gè)月3個(gè)月4個(gè)月5個(gè)月32.89228.92531.18119.62427.587通過對(duì)電動(dòng)汽車用不同類型鉛酸電池組和鋰離子電池組大量數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)，在不同加工工藝制造的電池中都存在上述不一致性發(fā)展的統(tǒng)計(jì)規(guī)律。不同類型電池僅在不一致性發(fā)展速度上存在差別。2.2.4電池不一致性對(duì)電池組使用壽命的影響二次電池使用壽命定義為一定的充放電率下電池容量衰減為額定容量的某個(gè)百分比時(shí)充放電循環(huán)次數(shù)。在此定義下，假設(shè)電池每次充放電容量衰減為定常線性函數(shù)，經(jīng)過次循環(huán)后，電池容量可以表達(dá)為(2)式中，為經(jīng)過次循環(huán)后電池的實(shí)際容量；為電池使用壽命；為電池到達(dá)使用壽命后容量衰減百分比；為電池初始能量。如前所述，在電池成組使用時(shí)一致性是相對(duì)的，不一致性的存在是絕對(duì)的。由于電池容量不一致，在電池組使用中部分單電池容易出現(xiàn)過充和過放情況。過充電或過放電都會(huì)對(duì)電池造成損傷，致使電池的實(shí)際容量值衰減。第次使用時(shí)，受損傷電池容量可以用下式表示：(3)式中，為循環(huán)使用到第次時(shí)電池的容量值；為第次使用相對(duì)于第次容量差；為第次使用電池過充過放容量損傷系數(shù)，是的函數(shù)。由式(3)可以推論得到式（4）(4)令則在不一致性影響下電池組第次使用時(shí)，理想的電池組容量為，(5)綜合考慮上述電池第次使用理論容量公式和不一致性影響下電池容量衰減公式，可得電池第次使用實(shí)際容量表達(dá)式。(6)假定容量損傷系數(shù)，以200Ah鋰離子電池為例進(jìn)行計(jì)算，根據(jù)廠家提供資料，按電池的實(shí)際容量衰減到70％額定容量時(shí)為壽命終止，正常DOD為80％電池循環(huán)壽命為1200次，根據(jù)公式(6)此電池第次循環(huán)實(shí)際容量可以表示為：(7)由式(7)可得，當(dāng)時(shí)(8)由此可見，此電池組中部分單電池使用壽命大大縮減。在計(jì)算中損傷系數(shù)取為定常系數(shù)，并取為最大值。而實(shí)際上也是一個(gè)急劇衰減的時(shí)變函數(shù)，根據(jù)前述不一致性擴(kuò)大原因分析，電池不一致性將導(dǎo)致電池組內(nèi)其它單體發(fā)生多米諾骨牌效應(yīng)的連鎖反應(yīng)。因此由于電池不一致性的存在，若不對(duì)電池組進(jìn)行及時(shí)的維護(hù)，其實(shí)際使用壽命將縮短為單電池壽命的幾分之一甚至十幾分之一。2.2.5提高動(dòng)力電池一致性既電池成組原則和匹配方法1）電池制造廠提高工藝水平，保證電池出廠質(zhì)量，尤其是初始電壓的一致性。電池出廠前，以電壓，內(nèi)阻為標(biāo)準(zhǔn)對(duì)電池進(jìn)行篩選，以此來保證一批電池性能盡可能一致。2）同一配組的電池必須使用同一廠家同一型號(hào)的電池。3）對(duì)應(yīng)電壓不一致性發(fā)展趨勢(shì)，在使用過程中定時(shí)測(cè)量單電池電壓分布情況，對(duì)電池組中電壓處于兩端的電池及時(shí)進(jìn)行調(diào)整更換，以保證電池組的不一致性不隨使用時(shí)間而增大。4）對(duì)電壓測(cè)量中電壓偏低的電池，進(jìn)行單獨(dú)充電，使其性能恢復(fù)并可以在其他電池組中應(yīng)用。5）間隔一定的時(shí)間對(duì)電池組進(jìn)行小電流涓流充電，促進(jìn)電池組自身的均恒。6）避免電池過充電，盡量防止電池深放電。7）加裝電池組能量均衡系統(tǒng)，對(duì)電池組充放電進(jìn)行智能管理。2.2.6電動(dòng)汽車動(dòng)力電池的維護(hù)保養(yǎng)、合理的充放電機(jī)制1）使用具有高的測(cè)量精度和準(zhǔn)確性的電池管理系統(tǒng)，以準(zhǔn)確地反映各電池的狀態(tài)2）及時(shí)發(fā)現(xiàn)電池組中的落后電池，進(jìn)行單獨(dú)恢復(fù)性充電，并更換性能無法恢復(fù)的落后電池3）采用行車間隙大電流充電代替深放電后才充電的方法。大電流充電雖然對(duì)電池壽命有影響，但是及時(shí)地對(duì)電池補(bǔ)充能量有效的防止了由于電池深放電和一致性差引起的部分電池過放電，從而可以延長(zhǎng)電池組的使用壽命，而且由于可以較快的對(duì)電池補(bǔ)充能量，可以保證電動(dòng)公交車有較好的加速能力和較高的行駛速度，從而保證其正常運(yùn)營(yíng)，提高車輛兌現(xiàn)率。示范運(yùn)行的實(shí)踐證明行車間隙大電流充電利大于弊4）每隔一段時(shí)間對(duì)電池組進(jìn)行小電流維護(hù)性充電，促進(jìn)電池組自身的均衡和滇池性能的恢復(fù)，并彌補(bǔ)由于間隙大電流充電對(duì)電池造成的極化等問題5）嚴(yán)格避免電池過充電和過放電6）每一個(gè)月手工測(cè)量單體電壓并做好記錄，和電池管理系統(tǒng)的測(cè)量值進(jìn)行比較，如果偏差超過0.05V，對(duì)電池管理系統(tǒng)重新進(jìn)行標(biāo)定7）每三個(gè)月檢查一次電池箱，查看并確保電池連接良好，防止因連接松動(dòng)而引起的發(fā)熱，連接電阻增大及對(duì)電池的影響；查看并確保電池固定是否良好；查看電池組間是否短路活者是否存在短路隱患，如有應(yīng)立即排除；查看是否有電池變形、漏液等異常情況，如有則應(yīng)立即更換8）電動(dòng)汽車長(zhǎng)期停運(yùn)前要對(duì)電池組進(jìn)行補(bǔ)充充電，重新運(yùn)行前要進(jìn)行均衡充電3鋰離子電池電動(dòng)客車經(jīng)濟(jì)性分析3.1電動(dòng)汽車使用及充電運(yùn)營(yíng)經(jīng)濟(jì)性分析3.1.1從電動(dòng)汽車使用者角度的經(jīng)濟(jì)性分析電動(dòng)汽車使用者是整個(gè)電動(dòng)汽車發(fā)展的直接拉動(dòng)者，良好的經(jīng)濟(jì)性是吸引他們參與，順利推行電動(dòng)汽車，避免市場(chǎng)動(dòng)蕩的有效手段。現(xiàn)階段的車輛使用環(huán)境下，盡管電動(dòng)汽車有著良好的社會(huì)效益和顯著的環(huán)境效益，但其高額的使用成本限制了電動(dòng)汽車的推廣使用。傳統(tǒng)汽車使用者在使用汽車過程中所負(fù)擔(dān)的成本可以按其性質(zhì)劃分為兩個(gè)部分：固定成本和變動(dòng)成本。固定成本通常包括購(gòu)置（或改裝）汽車一次性支付的汽車價(jià)格及價(jià)外收費(fèi)（包括增值稅、消費(fèi)稅、關(guān)稅及其它各項(xiàng)管理費(fèi)用）；變動(dòng)成本則包括燃料費(fèi)用、與燃料使用量有關(guān)的各項(xiàng)支出以及日常維修費(fèi)用。對(duì)于電動(dòng)汽車使用者來說，除了以上支付的有形成本之外，還要承擔(dān)由于與電動(dòng)汽車相關(guān)的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)滯后帶來的使用不便、技術(shù)相對(duì)不成熟而造成的質(zhì)量和安全隱患等無形成本，同時(shí)也享有維修保養(yǎng)方面帶來的潛在收益。顯然，汽車使用者作為經(jīng)濟(jì)個(gè)體來說，他的決策將以個(gè)體效用最大化為目標(biāo)。針對(duì)電動(dòng)汽車的特點(diǎn)，目前分析電動(dòng)汽車對(duì)于普通用戶來說經(jīng)濟(jì)性程度主要在于以下幾個(gè)方面。⑴購(gòu)置成本電動(dòng)汽車的購(gòu)置成本相對(duì)傳統(tǒng)汽車偏高，這是由當(dāng)前高額的研發(fā)成本和生產(chǎn)成本決定的。研究費(fèi)用高電動(dòng)汽車作為一項(xiàng)高新技術(shù)產(chǎn)品，要在技術(shù)上取得突破，需要的研究開發(fā)費(fèi)用相當(dāng)高。從歐、美、日等國(guó)家的經(jīng)驗(yàn)來看，其投入都以數(shù)十億美元計(jì)算。如通用汽車試制第一輛沖擊型概念車的費(fèi)用高達(dá)300萬美元；日本東京大學(xué)等試制的第一輛IZA樣車，總投資為400萬美元；我國(guó)的概念車研制費(fèi)也高達(dá)數(shù)千萬元。為降低研究開發(fā)費(fèi)用，世界各國(guó)進(jìn)行了諸多方案比較，得出一個(gè)比較一致的結(jié)論是：為了進(jìn)行電動(dòng)汽車的技術(shù)性能研究和實(shí)驗(yàn)，用電動(dòng)改裝車進(jìn)行研究開發(fā)比用電動(dòng)概念車經(jīng)濟(jì)得多，其中美國(guó)專家的結(jié)論是：可以節(jié)省2/3的資金。北京市目前也正是走了改裝車研究的道路，已投入121路實(shí)際運(yùn)行的電動(dòng)公交車就是在汽油原型車的基礎(chǔ)上經(jīng)研發(fā)、改裝、試制而來，這樣既降低了投入又節(jié)省了時(shí)間，符合中國(guó)國(guó)情。生產(chǎn)成本高汽車作為機(jī)電一體化的產(chǎn)業(yè)，其初期投入非常巨大，國(guó)外開發(fā)一輛新車的模具費(fèi)投資就達(dá)十億美元。因此，汽車產(chǎn)業(yè)追求的是規(guī)模效益，國(guó)際上通常認(rèn)為年產(chǎn)30萬輛才達(dá)到盈虧平衡點(diǎn)。在電動(dòng)汽車處于研究開發(fā)和推廣應(yīng)用時(shí)期，無法發(fā)揮規(guī)模效益的作用，車輛本身的生產(chǎn)成本就已經(jīng)達(dá)到同等級(jí)燃油汽車的2～3倍，只有轉(zhuǎn)入大批量生產(chǎn)后，其生產(chǎn)成本才有可能接近燃油汽車水平。⑵使用成本從理論角度分析，技術(shù)成熟、產(chǎn)業(yè)化后電動(dòng)汽車的使用成本應(yīng)大大低于傳統(tǒng)汽車。能源消耗費(fèi)用低在目前的電動(dòng)客車和燃油客車技術(shù)水平下，每百公里的電費(fèi)成本大致在燃油成本的50%-75%之間。如果考慮了峰谷電價(jià)和開征燃油稅的影響，電動(dòng)汽車的燃料耗費(fèi)會(huì)更經(jīng)濟(jì)。維修費(fèi)用低按照工作狀況分析，燃油機(jī)車的內(nèi)燃機(jī)是在高溫條件下工作，容易損壞，維修工作量大、費(fèi)用高；電動(dòng)汽車的電動(dòng)機(jī)是在常溫條件下工作，可靠性高，維修工作量小，費(fèi)用較低。⑶電動(dòng)汽車電池費(fèi)用目前，影響電動(dòng)汽車使用成本的一個(gè)主要問題就在于車用電池的使用壽命以及由此帶來的電池費(fèi)用方面。在北京電動(dòng)公交車的試驗(yàn)運(yùn)行中，先后使用了數(shù)批鉛酸電池（10萬元/車組）和鋰離子電池（42萬元/車組）。從試驗(yàn)結(jié)果來看，車載鉛酸電池的技術(shù)較為成熟，但各項(xiàng)性能指標(biāo)較低（主要是續(xù)駛里程）；鋰離子電池的性能較好，但是也還存在一些技術(shù)問題，如充電電壓受溫度影響大等。總體來看，電池的費(fèi)用仍是大幅度提高電動(dòng)汽車使用成本的最關(guān)鍵因素。3.1.2從充電站運(yùn)營(yíng)商角度的經(jīng)濟(jì)性分析電動(dòng)汽車運(yùn)行需要專用的充電網(wǎng)、站、充電設(shè)備和停車場(chǎng)，充電設(shè)施的成本主要包括充電機(jī)、配電系統(tǒng)及控制系統(tǒng)等。這些條件目前尚未形成社會(huì)服務(wù)體系，如果計(jì)入運(yùn)行成本，而且上路的電動(dòng)汽車數(shù)量很少時(shí)，其運(yùn)行成本將迅速提高。這是當(dāng)前制約電動(dòng)汽車發(fā)展的重要影響因素。充電設(shè)施是電動(dòng)汽車市場(chǎng)化的頸瓶之一，建立健全的電動(dòng)汽車充電網(wǎng)絡(luò)與安全的充電系統(tǒng)，對(duì)推動(dòng)電動(dòng)汽車的市場(chǎng)化發(fā)展有極其重要的意義。市場(chǎng)對(duì)充電設(shè)施運(yùn)營(yíng)商的影響，可以用圖14表示。RRCPNN1OABγ圖14充電站的成本收益圖示縱軸OP代表充電站或維修廠的成本或收益，橫軸ON代表它們?yōu)檐囕v服務(wù)的服務(wù)費(fèi)，γ角的大小間接反映了充電站服務(wù)收費(fèi)的高低。圖中原點(diǎn)處收益為零，OA為企業(yè)的建設(shè)及固定支出，ABC則表示企業(yè)的總成本曲線。隨著車輛數(shù)目的增加，收益增加的速度要大于可變成本。所以，必須保證其服務(wù)的車輛數(shù)達(dá)到一定的數(shù)量，充電站才能有一定的收益，才能贏利。為了提高電動(dòng)汽車使用的便利性，必然要建立一定數(shù)量的充電站，形成一定的充電網(wǎng)絡(luò)。為了使充電更加容易達(dá)到盈虧平衡點(diǎn)，可以采取兩種辦法。由圖2-1可以看出，增大γ角或者降低AC線位置都能使交點(diǎn)B的橫坐標(biāo)N1減小。增大γ角在實(shí)際中就意味著增加每輛車?yán)U納的服務(wù)費(fèi)，或者是提高電力價(jià)格。顯然，這樣做雖然暫時(shí)維護(hù)了充電站的利益，但卻阻礙了整個(gè)電動(dòng)汽車市場(chǎng)的發(fā)展，從長(zhǎng)遠(yuǎn)來看，還是損害了充電站的利益，因?yàn)槭褂谜邥?huì)因?yàn)殡娏r(jià)格太高而不愿意用電動(dòng)汽車，則充電站會(huì)因用戶數(shù)量的減少而無法維持。降低AC線位置意味著降低充電站的建設(shè)及日常運(yùn)營(yíng)成本。因此，電動(dòng)汽車發(fā)展過程中，確定合理的電動(dòng)/服務(wù)價(jià)格，有效地控制相關(guān)運(yùn)營(yíng)企業(yè)的經(jīng)營(yíng)成本，對(duì)電動(dòng)汽車的推廣有著很大的影響。所以在電動(dòng)汽車的市場(chǎng)化初期，充電站的建設(shè)不應(yīng)該以盈利為主，政府應(yīng)當(dāng)把充電站建設(shè)作為基礎(chǔ)設(shè)施，給予財(cái)政支持與政策傾斜，使得電動(dòng)汽車使用者能夠便利的選擇多種方式進(jìn)行充電，為電動(dòng)汽車的市場(chǎng)化推廣創(chuàng)造良好的基礎(chǔ)設(shè)施條件。3.1.3從電力供應(yīng)商角度的經(jīng)濟(jì)性分析電動(dòng)汽車的電池可在夜間利用電網(wǎng)的廉價(jià)“谷電”進(jìn)行充電，不僅促進(jìn)電力市場(chǎng)的消費(fèi)，還有利于平抑電網(wǎng)的峰谷差。⑴拓展電力市場(chǎng)電動(dòng)汽車業(yè)的發(fā)展將開發(fā)出新的電力需求市場(chǎng)，雖然中國(guó)的電動(dòng)汽車發(fā)展起步時(shí)間較晚，但是擁有著廣闊的發(fā)展空間和強(qiáng)大的發(fā)展?jié)摿?。目前，汽車市?chǎng)被國(guó)際高位油價(jià)及原油短缺所逼迫，成本持續(xù)上升，經(jīng)營(yíng)甚為艱難，不少城市政府采取補(bǔ)貼辦法應(yīng)急，但終非良策。若將城市公交車等在市區(qū)內(nèi)行駛的原燃油車輛電動(dòng)化，則上述車輛日常運(yùn)行成本大降，同時(shí)對(duì)城市降低噪聲，減少尾氣排放均可立竿見影，而且還將很大程度上拓展了電力市場(chǎng)。隨著電動(dòng)汽車技術(shù)的不斷發(fā)展，日后電動(dòng)汽車在出租車、商務(wù)用車、家庭用車等市場(chǎng)的推廣，電動(dòng)汽車數(shù)量還將逐年增加，市場(chǎng)前景十分廣闊，對(duì)促進(jìn)電力市場(chǎng)消費(fèi)，帶動(dòng)電力市場(chǎng)的發(fā)展具有重要的意義。⑵平衡用電電動(dòng)汽車充電可以以夜間低谷時(shí)段為主，電動(dòng)車的用電增長(zhǎng)不會(huì)給電力系統(tǒng)帶來過大的增容的壓力，反而對(duì)電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行十分有利。電動(dòng)汽車市場(chǎng)化推廣之后，谷電的大量應(yīng)用將縮小峰谷之間的比率，大幅度提高電力資源的利用效率，有利于國(guó)民經(jīng)濟(jì)健康發(fā)展。3.2鋰離子動(dòng)力電池電動(dòng)客車示范運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性分析3.2.1電動(dòng)汽車成本分析電動(dòng)汽車的成本包括研發(fā)、生產(chǎn)、銷售過程中所發(fā)生的直接費(fèi)用和間接費(fèi)用以及用戶的購(gòu)車成本、使用成本和維護(hù)成本，參考北京市電動(dòng)汽車示范運(yùn)行的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，綜合考慮各方面因素，可以得到電動(dòng)汽車和同型號(hào)燃油汽車的價(jià)格對(duì)比如表9所示。表9電動(dòng)汽車與燃油車全壽命每公里費(fèi)用比較序號(hào)項(xiàng)目電動(dòng)大客車序號(hào)項(xiàng)目燃油大客車一、車輛折舊費(fèi)一、車輛折舊費(fèi)1．車輛售價(jià)（不含電池）146萬元1．車輛售價(jià)152萬元2．車輛行駛里程30萬公里2．車輛行駛里程30萬公里3．車輛折舊4.87元/公里3．車輛折舊5.07元/公里二、電池系統(tǒng)費(fèi)用1．電池總價(jià)16萬元2．折舊費(fèi)3.87元/公里三、能耗費(fèi)用二、燃油費(fèi)用1．平均能耗96度/100km1．平均油耗量30L/100km2．電價(jià)0.44元/度2．燃油價(jià)格４.0元/L3．行駛費(fèi)用0.42元/公里3．能耗費(fèi)用1.20元/公里四、車輛維修費(fèi)0.4元/公里四、車輛維修費(fèi)0.9元/公里五、合計(jì)9.56元/公里五、合計(jì)7.17元/公里在表9計(jì)算中，電池壽命按照863電動(dòng)汽車重大專項(xiàng)要求，設(shè)為10萬公里。電池價(jià)格參照現(xiàn)行價(jià)格，若電池價(jià)格可以下降1/3或壽命提高到15萬公里，不考慮環(huán)境政策等因素，電動(dòng)汽車全壽命使用成本將同燃油車輛相同。電池使用后的回收殘值因無可靠的資料可以參考，所有在計(jì)算中未涉及。電價(jià)也未考慮晚上充電而帶來的價(jià)格優(yōu)勢(shì)。3.2.2鋰離子動(dòng)力電池電動(dòng)客車使用經(jīng)濟(jì)性分析3.2.2.1電動(dòng)客車收入分析（1）電動(dòng)汽車的直接營(yíng)運(yùn)收入在實(shí)際運(yùn)行中，在電動(dòng)客車使用方式和運(yùn)營(yíng)里程與燃油客車大致相仿的情況下，直接的客票來源收入兩者目前大致相當(dāng)。在公交車運(yùn)營(yíng)中，還有一項(xiàng)重要收入是來自車身廣告。作為流動(dòng)的媒體，公交車的廣告效應(yīng)日益被商家看好。通過調(diào)研，現(xiàn)北京市每輛公交車的廣告收入可達(dá)每年10萬元以上，電動(dòng)客車目前具有較好的廣告效應(yīng)，可以大力開拓這塊收入渠道。（2）電動(dòng)客車的間接營(yíng)運(yùn)收入在對(duì)電動(dòng)客車的經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行衡量時(shí)，還應(yīng)對(duì)電動(dòng)客車的技術(shù)效益、能源消耗和環(huán)境保護(hù)等方面進(jìn)行綜合分析，即考慮電動(dòng)汽車的間接運(yùn)營(yíng)收入。具體電動(dòng)客車間接營(yíng)運(yùn)收入分析所包含的內(nèi)容如圖15所示。對(duì)于這方面的收入，可以從國(guó)家對(duì)電動(dòng)客車的政策傾向和稅收優(yōu)惠體現(xiàn)。隨著環(huán)保觀念日益深入人心，將增加電動(dòng)公交車的乘客滿意度，從而進(jìn)一步提高電動(dòng)公交車的收入水平。圖15電動(dòng)汽車間接收入評(píng)價(jià)電動(dòng)汽車間接收入生態(tài)效益圖15電動(dòng)汽車間接收入評(píng)價(jià)電動(dòng)汽車間接收入生態(tài)效益社會(huì)效益大氣環(huán)境效益噪聲環(huán)境效益技術(shù)進(jìn)步人類健康影響相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展3.2.2.2電動(dòng)客車運(yùn)營(yíng)成本分析=1\*GB2⑴購(gòu)置成本。根據(jù)我國(guó)目前的規(guī)定，大客車的使用期限為8-10年。若每年按330個(gè)使用日計(jì)算，則每輛車每天的購(gòu)車費(fèi)用為A＝購(gòu)車原值/3300。在863電動(dòng)汽車項(xiàng)目指南中規(guī)定，電動(dòng)汽車的成本為同級(jí)別汽車成本的130％，考慮使用周期內(nèi)，電動(dòng)汽車用的動(dòng)力電池需要更新，按3年更新一批電池計(jì)算，共需電池3.3批。電池組占整車成本約20～30％。這樣在整個(gè)壽命周期內(nèi)，電動(dòng)客車成本為同級(jí)別燃油汽車成本的200％。=2\*GB2⑵動(dòng)力費(fèi)。車用燃油價(jià)格和電動(dòng)汽車用電價(jià)格費(fèi)用隨市場(chǎng)價(jià)格變化而變化，但也有相對(duì)穩(wěn)定的時(shí)段及幅度，可以推算出每年每日的動(dòng)力消耗費(fèi)用。BFC6110電動(dòng)客車電能消耗約為0.9－1kwh/km。同級(jí)別大客車油耗約為24－28L/100km。按現(xiàn)在的電價(jià)和汽油價(jià)格計(jì)算，電動(dòng)客車約為0.45~0.5元/km，傳統(tǒng)大客車約為0.9~1.1元/km。電動(dòng)汽車的動(dòng)力費(fèi)用約為同級(jí)別大客車的50％。=3\*GB2⑶潤(rùn)滑油費(fèi)。電動(dòng)客車需要長(zhǎng)期采用潤(rùn)滑保養(yǎng)的部件明顯少于傳統(tǒng)汽車。同傳統(tǒng)汽車相比，在電動(dòng)客車上這部分費(fèi)用基本可以省略不計(jì)。=4\*GB2⑷冷卻費(fèi)。在電動(dòng)客車上，電機(jī)部分采用自然風(fēng)冷，在有冷卻系統(tǒng)的電動(dòng)客車上，系統(tǒng)布置也比傳統(tǒng)汽車簡(jiǎn)單。粗劣估計(jì)電動(dòng)客車的冷卻費(fèi)用為傳統(tǒng)汽車的30～50％。=5\*GB2⑸工資。駕駛員和售票員的工資，此部分成本認(rèn)為電動(dòng)客車和傳統(tǒng)汽車基本相當(dāng)。=6\*GB2⑹維修費(fèi)。由于電動(dòng)客車的總體結(jié)構(gòu)比傳統(tǒng)汽車簡(jiǎn)單，可靠性高，維修費(fèi)用為傳統(tǒng)汽車的50～70％。⑺每車每日所分?jǐn)偟耐夤苜M(fèi)。指社會(huì)管理部門向公交企業(yè)收取得各種費(fèi)用。如：稅費(fèi)、養(yǎng)路費(fèi)、土地使用費(fèi)、保險(xiǎn)費(fèi)、審驗(yàn)費(fèi)、安管費(fèi)等。以上六種費(fèi)用由政府部門掌握，政府可以采取優(yōu)惠政策，扶持電動(dòng)客車的使用。⑻每車每日所分?jǐn)偟膬?nèi)管費(fèi)。包括各級(jí)管理人員的工資，除車輛以外的所有固定資產(chǎn)的折舊，辦公費(fèi)用和宣傳、廣告、公關(guān)等的費(fèi)用。此項(xiàng)費(fèi)用電動(dòng)客車和傳統(tǒng)車輛基本沒有差別。以上對(duì)電動(dòng)客車運(yùn)營(yíng)成本進(jìn)行了詳細(xì)分類說明，其構(gòu)成系統(tǒng)框圖如圖16所示。其中第一到第六項(xiàng)為直接運(yùn)營(yíng)成本，第七和第八項(xiàng)為間接運(yùn)營(yíng)成本。在以上分析中，假設(shè)間接運(yùn)營(yíng)成本電動(dòng)客車和傳統(tǒng)燃油客車相同，不考慮任何政策優(yōu)惠和電動(dòng)客車的環(huán)保效益。在直接運(yùn)營(yíng)成本中，電動(dòng)客車的動(dòng)力費(fèi)、潤(rùn)滑油費(fèi)、冷卻費(fèi)、維修費(fèi)都明顯低于傳統(tǒng)汽車，而這幾部分占車輛運(yùn)營(yíng)使用日常費(fèi)用很大的比重。在汽車使用的全壽命范圍，運(yùn)用全壽命費(fèi)用效能的方法分析，電動(dòng)客車的日常使用費(fèi)的降低可以在很大程度上彌補(bǔ)初始購(gòu)置費(fèi)用高的缺點(diǎn)。圖16電動(dòng)汽車運(yùn)營(yíng)成本構(gòu)成系統(tǒng)框圖圖16電動(dòng)汽車運(yùn)營(yíng)成本構(gòu)成系統(tǒng)框圖電動(dòng)汽車運(yùn)營(yíng)成本辦公費(fèi)用固定資產(chǎn)折舊車價(jià)動(dòng)力費(fèi)潤(rùn)滑油費(fèi)冷卻費(fèi)工資維修費(fèi)稅費(fèi)保險(xiǎn)費(fèi)安管費(fèi)審驗(yàn)費(fèi)管理人員工資間接運(yùn)營(yíng)成本公關(guān)宣傳等費(fèi)用直接運(yùn)營(yíng)成本外管費(fèi)內(nèi)管費(fèi)3.2.3電動(dòng)客車社會(huì)效益集中表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：=1\*GB2⑴污染小。無論從直接還是間接污染來說，電動(dòng)客車均是理想的“清潔車輛”；從噪音的角度，通常認(rèn)為電動(dòng)汽車比同類燃油車輛低5分貝以上。如大規(guī)模推廣電動(dòng)車輛將大幅度降低城市噪音。=2\*GB2⑵節(jié)約能源。以電網(wǎng)電力為動(dòng)力的電動(dòng)客車跟燃油公交車相比能量利用率至少提高6%,節(jié)能意義重大。=3\*GB2⑶改善能源消耗結(jié)構(gòu)。石油作為重要的能源和化工原料，節(jié)油對(duì)我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和能源安全有重大意義。目前，我國(guó)交通運(yùn)輸約占石油總消耗的一半。由此可見，使用電動(dòng)車輛對(duì)較少是有資源的消耗具有舉足輕重的影響。=4\*GB2⑷改善電網(wǎng)負(fù)荷。利用夜間對(duì)電動(dòng)客車充電，現(xiàn)有電網(wǎng)容量已經(jīng)能適應(yīng)若干年電動(dòng)汽車發(fā)展電能需求，不但有利于降低電動(dòng)汽車的內(nèi)耗成本，也有利于電網(wǎng)的峰谷平衡，減少為維持電網(wǎng)低負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)而引起的費(fèi)用。電動(dòng)汽車是汽車業(yè)未來發(fā)展的方向正在被越來越多的人所認(rèn)識(shí)。作為綠色環(huán)保汽車，電動(dòng)汽車使用電池作為動(dòng)力，在運(yùn)行中接近“零排放”，既減少了環(huán)境污染，又緩解了能源壓力，而且還賦予中國(guó)落后的汽車業(yè)以趕超世界先進(jìn)水平的機(jī)會(huì)。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國(guó)在世界上的經(jīng)濟(jì)地位迅速提高。與國(guó)外的交往日益增多。尤其是北京，作為我國(guó)的首都，是國(guó)際化的大都市，經(jīng)常性的國(guó)際會(huì)展活動(dòng)頻繁，接待國(guó)內(nèi)外的上層人士的任務(wù)繁重；2008年奧運(yùn)會(huì)是世界各國(guó)進(jìn)一步了解中國(guó)了解北京的絕好機(jī)會(huì)，電動(dòng)客車的發(fā)展和較大規(guī)模示范應(yīng)用也為在環(huán)保與節(jié)約能源上與國(guó)際接軌，樹立良好的國(guó)際形象做出了一定的貢獻(xiàn)。4鋰離子電池電動(dòng)客車奧運(yùn)運(yùn)行可行性分析4.1鋰離子電池電動(dòng)客車運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)分析從北京市121電動(dòng)公交車線路示范運(yùn)行、密云電動(dòng)汽車區(qū)域示范運(yùn)行、北京理工大學(xué)班車示范運(yùn)行等相關(guān)電動(dòng)汽車運(yùn)行的實(shí)際情況看，雖然電動(dòng)汽車的經(jīng)濟(jì)性水平與傳統(tǒng)燃油汽車相比目前還無法達(dá)到可以接受的程度，但當(dāng)前我國(guó)的電動(dòng)汽車技術(shù)水平已經(jīng)具備了一定規(guī)模、一定組織方式下的運(yùn)行條件，通過合理組織和籌劃，創(chuàng)新運(yùn)營(yíng)模式，在奧運(yùn)期間進(jìn)行一定區(qū)域和線路的較大規(guī)模示范運(yùn)行已經(jīng)具備了操作的可行性。具體來說，北京市電動(dòng)汽車示范運(yùn)行的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)包括：⑴電動(dòng)公交車在車輛性能上，如加速性、爬坡能力、最大車速等方面可以完全滿足城市公交的運(yùn)行需要，達(dá)到或接近同等燃油車輛的水平；⑵在車輛續(xù)駛里程上，電動(dòng)客車與燃油客車還存在較大差距，但通過合理組織，選擇適當(dāng)?shù)能囮?duì)運(yùn)行機(jī)制和充電模式，可以在一定程度上緩解續(xù)駛里程短帶來的車輛使用率低、運(yùn)能低的壓力。在現(xiàn)有的技術(shù)條件下，電動(dòng)客車的續(xù)駛里程已經(jīng)完全可以支撐一定區(qū)域范圍內(nèi)的公交日常運(yùn)行；⑶由于消除了發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲、尾氣零排放以及平穩(wěn)的起步停車等因素，使得電動(dòng)客車在乘坐舒適度等方面明顯優(yōu)于傳統(tǒng)燃油汽車，適合“綠色奧運(yùn)、人文奧運(yùn)”的要求；⑷在車輛使用經(jīng)濟(jì)性上，單純考察能耗水平和能源價(jià)格，電動(dòng)客車的燃料成本較燃油車輛節(jié)約近50%，考慮到運(yùn)行的試驗(yàn)性和車用電池的費(fèi)用，電動(dòng)客車的綜合使用成本則高于燃油車輛。綜合環(huán)境效益和社會(huì)效益及能源環(huán)境等社會(huì)問題的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展，純電動(dòng)汽車運(yùn)行前景廣闊。北京市121電動(dòng)公交車線路示范運(yùn)行、密云電動(dòng)汽車區(qū)域示范運(yùn)行、北京理工大學(xué)班車示范運(yùn)行等一系列電動(dòng)汽車示范運(yùn)行的經(jīng)驗(yàn)和相關(guān)技術(shù)經(jīng)濟(jì)性數(shù)據(jù)表明：⑴作為國(guó)內(nèi)首支在實(shí)際工況下、準(zhǔn)商業(yè)化運(yùn)行的電動(dòng)公交車隊(duì)，121路電動(dòng)客車運(yùn)營(yíng)示范專線的開通和正常運(yùn)行，標(biāo)志著北京市、我國(guó)電動(dòng)汽車項(xiàng)目取得重大進(jìn)展，電動(dòng)客車技術(shù)已基本達(dá)到可用化水平。⑵各種類型、各種方式電動(dòng)客車的示范運(yùn)行，對(duì)我國(guó)電動(dòng)汽車關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)的成果進(jìn)行了充分檢驗(yàn)，運(yùn)行示范所取得的大量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)以及暴露出的各種問題，為電動(dòng)客車奧運(yùn)期間的運(yùn)行組織、技術(shù)保障等積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。⑶基于電動(dòng)客車的技術(shù)特征和示范運(yùn)行的緊迫性，為進(jìn)一步推動(dòng)電動(dòng)汽車的發(fā)展，必須針對(duì)電動(dòng)客車示范運(yùn)行中以及以后的產(chǎn)業(yè)化推廣中的實(shí)際困難提供相應(yīng)的配套支持，給予一定的政策優(yōu)惠，如：對(duì)參與企業(yè)給予適度的經(jīng)濟(jì)補(bǔ)貼、對(duì)電動(dòng)客車實(shí)行用電優(yōu)惠等。4.2奧運(yùn)電動(dòng)客車運(yùn)行驗(yàn)證奧運(yùn)電動(dòng)客車運(yùn)行采用了經(jīng)過充分前期運(yùn)行試驗(yàn)的北京理工大學(xué)、公交集團(tuán)公司共同研制的BK6122EV型純電動(dòng)客車。自2008年7月1日準(zhǔn)備階段開始，至9月20日截止，50輛奧運(yùn)電動(dòng)客車陸續(xù)投入到了奧運(yùn)的載客運(yùn)行工作，累計(jì)運(yùn)行里程達(dá)131288km，累計(jì)載客量達(dá)145526人次。其中，8月8日奧運(yùn)開幕式當(dāng)天累計(jì)運(yùn)行2898公里，電池更換50次。整個(gè)奧運(yùn)運(yùn)行期間，50輛奧運(yùn)電動(dòng)客車圓滿完成了奧運(yùn)電動(dòng)車隊(duì)奧運(yùn)村、媒體村等的奧運(yùn)運(yùn)行，共累計(jì)運(yùn)行89513公里，期間除部分機(jī)械系統(tǒng)等方面的故障外，未發(fā)生造成運(yùn)行中停駛的重大故障，做到了奧運(yùn)電動(dòng)公交車隊(duì)的持續(xù)、可靠運(yùn)行，充分顯示了我國(guó)電動(dòng)汽車技術(shù)研發(fā)、運(yùn)行組織的綜合成果，集中體現(xiàn)了北京“綠色奧運(yùn)、科技奧運(yùn)”目錄TOC\o"1-4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