2021百人會雲論壇|李建秋:商用車的未來在於電動化、重卡換電和液氫電池
2020年betway在线官网汽車市場在疫情壓力下表現仍然活躍,實現年銷136.7萬(wan) 輛,創曆史新高。回顧2020,展望2021,以“新發展格局與(yu) 汽車產(chan) 業(ye) 變革”為(wei) 主題的2021中國電動汽車百人會(hui) 論壇在1月15-17日於(yu) 北京舉(ju) 行。
清華大學車輛與(yu) 運載學院院長 李建秋
活動現場,清華大學車輛與(yu) 運載學院院長 李建秋發表了演講,主要觀點如下:
1、分布式驅動與(yu) 集中驅動電動化是未來的趨勢。
2、針對重卡的換電係統,重卡換電係統對於(yu) 續航短的重載車輛更有意義(yi) 。
3、針對我們(men) 國家物流的主力,長途重載商用車領域,比較理想的解決(jue) 方案是氫燃料電池動力係統。
4、 氫能燃料電池技術在商用車尤其重卡上麵應用,仍然麵臨(lin) 兩(liang) 個(ge) 挑戰,一個(ge) 挑戰是來自於(yu) 儲(chu) 氫方麵的挑戰,儲(chu) 氫係統的密度和儲(chu) 氫係統的成本。二是燃料電池的挑戰,它的耐久性和功率密度,和燃料電池的成本。
5、到2025年,氫能燃料電池技術在重卡上的運用基本能實現。
以下為(wei) 演講實錄:
尊敬的各位專(zhuan) 家,各位線上的朋友們(men) ,大家下午好!
非常高興(xing) 有這個(ge) 機會(hui) 能夠做一個(ge) 商用車,尤其是在電動化方麵的研發進展,我爭(zheng) 取按照主持人的要求,15分鍾把這個(ge) 報告講完。
我將介紹三個(ge) 方麵的主要內(nei) 容。
首先,電動化第一個(ge) 對象就是怎樣在電動化這一塊兒(er) 做出我們(men) 的特色,主要是比較分布式驅動與(yu) 集中驅動的優(you) 勢和未來的發展方向。
第二塊,針對重卡的換電係統,純電換電係統做一個(ge) 簡單的介紹。
第三塊,針對我們(men) 國家物流的主力,長途重載商用車領域,比較理想的解決(jue) 方案是什麽(me) ,我們(men) 也做一個(ge) 分析。
首先看第一部分,電動、電動,首先是電機驅動,但是電機怎樣驅動,重型車輛比較重,有分布式驅動,也有集中驅動,分布式驅動又分了四種,輪轂電機,不帶減速器的,也有輪轂電機帶減速器的,還有輪邊電機的方案。
目前全球範圍內(nei) 來講,這五種方案都有人在研究,而且都有人在做相關(guan) 的產(chan) 品,發展還是非常豐(feng) 富的。
以前傳(chuan) 統機械的動力往往是梯形的驅動結構,發動機、變速箱、傳(chuan) 動軸,兩(liang) 個(ge) 驅動橋,電動化以後,也有用這樣貫穿橋的方式,這樣整個(ge) 係統的成本能夠低一些,但是我們(men) 更追求創新、效率更高的做法。
所以,我們(men) 就對國內(nei) 外做了很多的分析,大家可以看到,有輪轂電機直接驅動的,也有帶輪邊減速器的,我們(men) 通常說的電動輪的方案,也有兩(liang) 極減速,輪邊驅動的方案,比如說ZF-AVE130,這是結構參數,整個(ge) 橋的重量。
也有直接把電機通過傳(chuan) 動軸傳(chuan) 到輪邊的方案,輪邊還是傳(chuan) 統的結構,電機取代原來中央橋的位置,這個(ge) 現在也有不少的方案。
最普通的是這種方案,傳(chuan) 統的集中驅動的方案,但是大家可以看到,電機輸出端到最後的輪邊,綜合效率大概是80%幾。
我們(men) 認為(wei) 這個(ge) 效率偏低了,而且傳(chuan) 統的機械傳(chuan) 動沒有特別大的靈活性。
所以改進的方向是什麽(me) 呢?就是簡化傳(chuan) 動係統,同時利用電驅來提高效率,減輕重量,節省空間,這裏麵也有不同的配置,比如說Axle Tech,他們(men) 做的是雙電機的方案。
也有因為(wei) 梯形的動力傳(chuan) 動方式必須要用上齒輪,錐齒輪,能不能把錐齒輪去掉呢?高速階段它的效率不是很高,因此就出現了同軸布置的方案。
還有幹脆用電動輪的方案,我們(men) 也對國內(nei) 外電動輪的方案做了綜述,這裏提出兩(liang) 種比較有特色的,或者說代表將來真正的電動橋發展的方向。
一種是集中驅動的方案,就是上麵的這張圖,左右各有兩(liang) 個(ge) 小的電機,這個(ge) 電機的轉速可以高一些,通過輪邊減速,輪邊跟傳(chuan) 統的機械,包括懸架,製動都是一樣的。目前根據我們(men) 電機的水平,這個(ge) 橋殼,把電機放在橋殼裏麵,這個(ge) 橋殼的尺寸跟傳(chuan) 統的驅動橋的尺寸重量也都差不多。
當然還有一種更革命的做法,就是下麵這張圖,直接把這個(ge) 電機也做在輪轂裏麵,變成輪轂電機驅動的電動橋,但是就要占用原有的空間,整個(ge) 係統必須重新設計。這樣的方案能不能可行呢?我們(men) 就來探索這樣的方案。我們(men) 做了一個(ge) 電動輪的原型,參數是這樣的。
如果我們(men) 做到了一級減速,傳(chuan) 動效率是比較高的,同時重量也比較輕,整個(ge) 成本在批量狀態下,也能降得比較低,所以我們(men) 認為(wei) ,將來沒準輪邊驅動,或者是輪轂驅動的電動橋,把這個(ge) 橋的效率提高,將來可能會(hui) 是一種發展的方向和趨勢。
這個(ge) 我們(men) 做了一個(ge) 樣車,這是橋的照片,整個(ge) 中間的承載橋,加上兩(liang) 邊的電機和減速器大概是800公斤的重量,跟傳(chuan) 統集中驅動的優(you) 勢還是很明顯的,一是重量輕了,二是效率高了。這是我們(men) 做的樣車,跟福田一起,分別研發了35噸級載貨車和49噸級物流車。
最近我們(men) 也做了一個(ge) ,將來可以針對公交車,18米的公交車有驅動橋,也有轉向橋,也有轉向驅動橋,能不能針對轉向驅動橋做成電動輪的方案呢?我們(men) 也做了,現在能夠把所有的自動、承重、驅動都放在輪網裏麵,這個(ge) 我們(men) 現在已經有一個(ge) 客戶在試裝。能夠做到一萬(wan) 牛米,整個(ge) 電動輪的重量是200公斤左右,重量是比較輕的,對於(yu) 簧下質量慢慢已經不敏感了,用的是盤式的製動器,電動輪本身的關(guan) 鍵零部件,包括電機,包括減速器的結構,都做了相關(guan) 的研究和探索。我們(men) 也對電動輪的效率進行了測試,總的來說,現在研發的進展還是比較順利的。
電動輪之後,要對整車的控製進行優(you) 化,控製策略跟原來也不一樣了,比如說要有電子差矩控製這些工作,整個(ge) 動力係統跟智能化控製結合在一起,就變成這樣一個(ge) 分層的架構。總之,電驅這一塊兒(er) ,電動輪相應的技術會(hui) 得到更大的發展。
第二部分,有一些續航短的重載車輛特別適合純電動,我們(men) 調研了各家的整車企業(ye) ,純電動帶來的問題是什麽(me) ?電池的成本比較高,充電需要的時間比較長,所以我們(men) 提出了一個(ge) 問題,能不能換電,這是我們(men) 換電的思路,這樣我們(men) 就做了一個(ge) 換電的重卡和換電站,現在也建立了換電的聯盟,我們(men) 正在推廣應用這套東(dong) 西,將來它在城市的建築車輛,就是市內(nei) 運行方麵非常有市場。
第三,解決(jue) 省際物流,我們(men) 國家重卡最重要的是經濟的命脈,一般800到1000公裏重載的長途物流對應的排放、油耗、二氧化碳排放都是比較高的,我們(men) 有沒有比較好的解決(jue) 方案。
目前國內(nei) 外大家可以看到,各家都陸續推出了這樣的牽引車的燃料電池動力係統,我們(men) 也對這一塊兒(er) 進行了相關(guan) 的分析和論證,認為(wei) 在重載領域,氫燃料電池還是有他的優(you) 勢的。尤其是在發動機的技術,燃料電池發動機技術慢慢成熟的情況底下,包括我們(men) 的,也包括國內(nei) 有很多家企業(ye) 在這些方麵,大家陸續開始把燃料電池往重卡方向應用。
氫能燃料電池技術在商用車尤其重卡上麵應用,仍然麵臨(lin) 兩(liang) 個(ge) 挑戰。
一個(ge) 挑戰是來自於(yu) 儲(chu) 氫方麵的挑戰,儲(chu) 氫係統的密度和儲(chu) 氫係統的成本。
二是燃料電池的挑戰,它的耐久性和功率密度,和燃料電池的成本。
我們(men) 認為(wei) 將來真正麵對長途重載領域能夠應用的,應該達到這樣的指標,我們(men) 現在跟這個(ge) 指標差多少呢?大概差五年的時間,也就是到2025年,這些問題基本上能夠解決(jue) ,所以我們(men) 也做了一個(ge) 發展的路線,到2025年,電堆的功率密度應該能做到5-6千瓦/升,成本隨著批量的增加,會(hui) 降到1000塊錢一千瓦。
這相當於(yu) 200千瓦重卡的燃料電池發動機,發動機本身不到20萬(wan) ,比如說我們(men) 大概是16萬(wan) 左右,800塊錢一個(ge) 千瓦,加上液氫儲(chu) 氫係統,它的成本實際上跟LNG的成本是差不多的,一個(ge) 1000L的LNG的係統是三萬(wan) 多塊錢,我們(men) 能做到五萬(wan) 塊錢的液氫係統,這樣的話,無論是我們(men) 的分析,還是AVL的分析結果,燃料電池動力係統的成本,在柴油動力和純電動動力的情況底下,不論是現在,還是將來,重量都是最輕的,就是運輸效率會(hui) 提高。
所以因為(wei) 這個(ge) 原因,我們(men) 也跟福田一起合作,在研發35噸和49噸的重卡,這裏麵就有不同的版本,有采用高壓氣氫儲(chu) 氫的方案,也有液氫儲(chu) 氫的方案。我們(men) 學校重點是麵向未來,所以我們(men) 就探索采用液氫儲(chu) 氫的方案。
兩(liang) 個(ge) 500L的氫氣瓶能夠裝60公斤左右的液氫,按照30噸級的重卡百公裏的耗氫量應該是7公斤到8公斤左右,所以60公斤就能夠跑五六百公裏,是沒有問題的,勻速的情況下,能超過800公裏。這個(ge) 配置就能夠比較好地滿足將來長途物流的方案。
去年9月8號,我們(men) 發布了液氫電動輪的重卡,把三項技術整合在一起,大功率的燃料電池發動機,液氫的儲(chu) 氫係統,再加上電動輪的電驅動橋。這個(ge) 我們(men) 已經做出了樣車,正在調試。
將來隨著燃料電池係統的效率提高和驅動係統效率的提高,我這兒(er) 給大家算了一下,按照風阻係數0.55的情況下,36噸的重載車輛按照100公裏/小時,它的氫耗應該是七點幾公斤,這就可以大幅度降低氫耗。
還有一個(ge) 版本,因為(wei) 最近我們(men) 有一家企業(ye) 推出了風阻係數是0.37的重卡,把風阻係數降下來,大家可以看到,再過五年左右,到2025年,燃料電池的係統效率可以做到60%,這是在部分符合的情況底下,如果按照這個(ge) 來算,百公裏耗氫量進入6公斤以內(nei) ,燃料的成本就會(hui) 顯著的降低,這是我們(men) 將來發展的一個(ge) 方向。
我認為(wei) 這三個(ge) 技術結合,會(hui) 是未來商用車的發展的重要方向,我的報告就到這裏,謝謝大家。
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