自2011年4月開始，重慶公交集團開始分批采用快速充電的純電動公交客車分別在重慶市689路與687路運營。到目前為止，首批車輛已經(jīng)運營了兩年的時間。這些車輛所采用的最為核心的鈦酸鋰LpTO電池以及“十分鐘快速充電技術(shù)”通過了公交實際商業(yè)運營嚴(yán)苛的考驗，整體表現(xiàn)優(yōu)異。本文對快速充電純電動公交車隊的運營情況進行了總結(jié)，并介紹了全新鈦酸鋰LpTO電池的基本情況。
1. 線路運營情況
目前重慶有兩條公交線路運營快速充電純電動公交客車，689路往返于空港樞紐與臺商工業(yè)園之間(往返里程29Km)，687路往返于空港樞紐與空港新城之間(往返里程20Km)，這兩條線路上15%坡度的路段分別為6 Km與3 Km，而超過20%坡度的路段有0.5 Km，屬于山城重慶典型的運營特征。兩條線路所配置的車輛型號為CKZ6127HBEV，采用額定功率90 kW的交流異步水冷電機直驅(qū);依照線路長度，采用的電池組分為556V110Ah與556V140Ah兩種類型。目前正在營運31臺車輛，分別于2011年4月投運6臺，2012年7月投運17臺，2012年8月投運8臺。截至2013年3月，快速充電純電動公交巴士在重慶公交687、689兩條線路上的累計運營里程達到了71萬公里，其中運營里程最長的車輛近6萬公里，總體運營情況良好。
為687、689兩條快速充電純電動公交巴士服務(wù)的快速充電站由國家電網(wǎng)建設(shè)與運營。包括6套450kW充電機，可同時滿足6輛快速充電純電動公交巴士同時快速充電，為50輛以上的車隊服務(wù)。充電電流500A，可在10分鐘以內(nèi)完成充電。
圖1. 重慶渝北空港電動客車快充電站及運營車輛
2. 鈦酸鋰LpTO電池優(yōu)異的綜合表現(xiàn)
在重慶商業(yè)運營的純電動公交客車實現(xiàn)十分鐘快速充電的核心技術(shù)在于其采用的鈦酸鋰LpTO電池，其區(qū)別于現(xiàn)有磷酸鐵鋰電池與錳酸鋰電池最大的優(yōu)勢在于其超長的循環(huán)壽命、優(yōu)異的倍率充放電特性、更寬的工作溫度范圍以及更佳的安全性能。在重慶運營的純電動公交客車充分利用了鈦酸鋰LpTO電池的這些特性，車輛上裝配滿足單趟里程所需的電池組，利用在樞紐起始站等待休息的時間快速充電，在10分鐘以內(nèi)將電池充滿，即可投入下一輪的運營中。
我們對運營時間最久，同時也是運營里程最長的一輛車上所裝配電池組的數(shù)據(jù)進行了統(tǒng)計。
圖2統(tǒng)計了電池組單次充電所需要的時間。充電時間范圍在5-13分鐘之間，而絕大部分時候充電時間在10分鐘以內(nèi)。單次充電所充入的電量在20-50 kWh之間，經(jīng)統(tǒng)計平均充入電量為31.9 kWh。從2011年4月到2013年2月，總計為2,946次，保證了每天的日常運營。
圖2. 車輛充電時間統(tǒng)計
從圖3可以看到，從2011年4月至今，電池組的充放循環(huán)次數(shù)達到近3,000次，其容量保持約在初始容量的97%，電池組的整體壽命預(yù)計將達到15,000次(容量下降到初始容量的80%)，基本上可以滿足電池組與車輛同壽命周期的預(yù)期。
圖3. 電池組容量衰減情況
從統(tǒng)計數(shù)據(jù)來看，快速充電純電動巴士的商業(yè)運營模式經(jīng)過兩年的實際營運驗證，電池組經(jīng)受住了重慶的酷暑與嚴(yán)冬的考驗。10分鐘左右的充電時間可以保證公交客車的正常運營，然而一般來說，大倍率的充電對電池的壽命有較大的影響，尤其是要在10分鐘以內(nèi)將電池充滿，需要4-5C的充電倍率，這對電池的壽命是一個考驗。實際的運營數(shù)據(jù)統(tǒng)計來看，即便在這樣較大倍率放電的情況下，鈦酸鋰LpTO電池組容量的衰減為3%左右，而權(quán)威的第三方檢測機構(gòu)針對電池組內(nèi)單個電池模塊的檢測數(shù)據(jù)也表明，電池模塊的容量衰減也保持在類似的水平，這也表明鈦酸鋰LpTO電池的超長使用壽命經(jīng)受住了實際運營的檢驗，充分體現(xiàn)了其快充與長使用壽命的特點。
3. 不脹氣的鈦酸鋰LpTO電池
鈦酸鋰(LTO)材料在電池中作為負極材料使用，由于其自身特性的原因，材料與電解液之間容易發(fā)生相互作用并在充放循環(huán)反應(yīng)過程中產(chǎn)生氣體析出，因此普通的鈦酸鋰電池容易發(fā)生脹氣，導(dǎo)致電芯鼓包，電性能也會大幅下降，極大地降低了鈦酸鋰電池的理論循環(huán)壽命。測試數(shù)據(jù)表明，普通的鈦酸鋰電池在經(jīng)過1,500-2,000次左右的循環(huán)就會發(fā)生脹氣的現(xiàn)象，導(dǎo)致無法正常使用，這也是制約鈦酸鋰電池大規(guī)模應(yīng)用的一個重要原因。
微宏針對鈦酸鋰材料的這一特性進行了深入的研究，并開發(fā)了LpTO材料，這一材料針對普通鈦酸鋰材料進行改性，在根本上解決了鈦酸鋰電池的脹氣問題，大幅提高了量產(chǎn)的鈦酸鋰電池的使用壽命。
電池性能改進是單個材料的性能的提升以及各關(guān)鍵材料的有機整合的綜合體現(xiàn)。針對快速充電與長使用壽命的要求，除負極材料以外，微宏針對鋰離子電池的其他關(guān)鍵原材料(包括正極材料、隔膜、以及電解液)也進行了開發(fā)，同時結(jié)合特殊的工程化工藝經(jīng)驗，最終形成了“不脹氣”的鈦酸鋰LpTO電池產(chǎn)品，并首先實現(xiàn)了在電動公交客車上的批量應(yīng)用。
測試數(shù)據(jù)表明，在6C充電，6C放電，100%DOD的條件下，鈦酸鋰LpTO單體電池的循環(huán)壽命超過25,000次，剩余容量超過80%，同時電芯產(chǎn)生的脹氣現(xiàn)象不明顯，不影響其壽命;而重慶快速充電純電動公交的實際應(yīng)用情況也表明，在電池成組以后，電性能的表現(xiàn)也相當(dāng)優(yōu)異，可以保證純電動公交客車的日常商業(yè)化運營。
4. 小結(jié)
在重慶運營的快速充電純電動公交客車車隊經(jīng)過2年的運行，受到了當(dāng)?shù)爻丝偷钠毡闅g迎，而電池本身在重慶嚴(yán)苛的運營條件下也經(jīng)受住了考驗，表現(xiàn)出優(yōu)異的循環(huán)壽命與快速充電特性。
微宏針對鈦酸鋰材料改性，結(jié)合其他關(guān)鍵材料的有機整合與特殊生產(chǎn)工藝，推出的“不脹氣”的鈦酸鋰LpTO電池產(chǎn)品是重慶快速充電純電動公交客車的核心技術(shù)。與此同時，微宏從材料到系統(tǒng)產(chǎn)品的垂直整合也可以保證產(chǎn)品品質(zhì)，并具備成本上的優(yōu)勢，這是鈦酸鋰LpTO電池產(chǎn)品大規(guī)模推廣的前提。
到2013年底，預(yù)計在重慶市場將有1,000輛的公交客車采用快速充電的鈦酸鋰LpTO電池系統(tǒng)，這其中包括純電動公交客車，也包括插電式混合動力公交客車。
