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2020年新能源汽車市場(chǎng)在疫情壓力下表現(xiàn)仍然活躍，實(shí)現(xiàn)年銷136.7萬(wàn)輛，創(chuàng)歷史新高。回顧2020，展望2021，以“新發(fā)展格局與汽車產(chǎn)業(yè)變革”為主題的2021中國(guó)電動(dòng)汽車百人會(huì)論壇在1月15-17日于北京舉行。
清華大學(xué)車輛與運(yùn)載學(xué)院院長(zhǎng) 李建秋
活動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)，清華大學(xué)車輛與運(yùn)載學(xué)院院長(zhǎng) 李建秋發(fā)表了演講，主要觀點(diǎn)如下：
1、分布式驅(qū)動(dòng)與集中驅(qū)動(dòng)電動(dòng)化是未來(lái)的趨勢(shì)。
2、針對(duì)重卡的換電系統(tǒng)，重卡換電系統(tǒng)對(duì)于續(xù)航短的重載車輛更有意義。
3、針對(duì)我們國(guó)家物流的主力，長(zhǎng)途重載商用車領(lǐng)域，比較理想的解決方案是氫燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)。
4、 氫能燃料電池技術(shù)在商用車尤其重卡上面應(yīng)用，仍然面臨兩個(gè)挑戰(zhàn)，一個(gè)挑戰(zhàn)是來(lái)自于儲(chǔ)氫方面的挑戰(zhàn)，儲(chǔ)氫系統(tǒng)的密度和儲(chǔ)氫系統(tǒng)的成本。二是燃料電池的挑戰(zhàn)，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(shù)在重卡上的運(yùn)用基本能實(shí)現(xiàn)。
以下為演講實(shí)錄：
尊敬的各位專家，各位線上的朋友們，大家下午好!
非常高興有這個(gè)機(jī)會(huì)能夠做一個(gè)商用車，尤其是在電動(dòng)化方面的研發(fā)進(jìn)展，我爭(zhēng)取按照主持人的要求，15分鐘把這個(gè)報(bào)告講完。
我將介紹三個(gè)方面的主要內(nèi)容。
首先，電動(dòng)化第一個(gè)對(duì)象就是怎樣在電動(dòng)化這一塊兒做出我們的特色，主要是比較分布式驅(qū)動(dòng)與集中驅(qū)動(dòng)的優(yōu)勢(shì)和未來(lái)的發(fā)展方向。
第二塊，針對(duì)重卡的換電系統(tǒng)，純電換電系統(tǒng)做一個(gè)簡(jiǎn)單的介紹。
第三塊，針對(duì)我們國(guó)家物流的主力，長(zhǎng)途重載商用車領(lǐng)域，比較理想的解決方案是什么，我們也做一個(gè)分析。
首先看第一部分，電動(dòng)、電動(dòng)，首先是電機(jī)驅(qū)動(dòng)，但是電機(jī)怎樣驅(qū)動(dòng)，重型車輛比較重，有分布式驅(qū)動(dòng)，也有集中驅(qū)動(dòng)，分布式驅(qū)動(dòng)又分了四種，輪轂電機(jī)，不帶減速器的，也有輪轂電機(jī)帶減速器的，還有輪邊電機(jī)的方案。
目前全球范圍內(nèi)來(lái)講，這五種方案都有人在研究，而且都有人在做相關(guān)的產(chǎn)品，發(fā)展還是非常豐富的。
以前傳統(tǒng)機(jī)械的動(dòng)力往往是梯形的驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)，發(fā)動(dòng)機(jī)、變速箱、傳動(dòng)軸，兩個(gè)驅(qū)動(dòng)橋，電動(dòng)化以后，也有用這樣貫穿橋的方式，這樣整個(gè)系統(tǒng)的成本能夠低一些，但是我們更追求創(chuàng)新、效率更高的做法。
所以，我們就對(duì)國(guó)內(nèi)外做了很多的分析，大家可以看到，有輪轂電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)的，也有帶輪邊減速器的，我們通常說(shuō)的電動(dòng)輪的方案，也有兩極減速，輪邊驅(qū)動(dòng)的方案，比如說(shuō)ZF-AVE130，這是結(jié)構(gòu)參數(shù)，整個(gè)橋的重量。
也有直接把電機(jī)通過(guò)傳動(dòng)軸傳到輪邊的方案，輪邊還是傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，電機(jī)取代原來(lái)中央橋的位置，這個(gè)現(xiàn)在也有不少的方案。
最普通的是這種方案，傳統(tǒng)的集中驅(qū)動(dòng)的方案，但是大家可以看到，電機(jī)輸出端到最后的輪邊，綜合效率大概是80%幾。
我們認(rèn)為這個(gè)效率偏低了，而且傳統(tǒng)的機(jī)械傳動(dòng)沒(méi)有特別大的靈活性。
所以改進(jìn)的方向是什么呢?就是簡(jiǎn)化傳動(dòng)系統(tǒng)，同時(shí)利用電驅(qū)來(lái)提高效率，減輕重量，節(jié)省空間，這里面也有不同的配置，比如說(shuō)Axle Tech，他們做的是雙電機(jī)的方案。
也有因?yàn)樘菪蔚膭?dòng)力傳動(dòng)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(xiàn)了同軸布置的方案。
還有干脆用電動(dòng)輪的方案，我們也對(duì)國(guó)內(nèi)外電動(dòng)輪的方案做了綜述，這里提出兩種比較有特色的，或者說(shuō)代表將來(lái)真正的電動(dòng)橋發(fā)展的方向。
一種是集中驅(qū)動(dòng)的方案，就是上面的這張圖，左右各有兩個(gè)小的電機(jī)，這個(gè)電機(jī)的轉(zhuǎn)速可以高一些，通過(guò)輪邊減速，輪邊跟傳統(tǒng)的機(jī)械，包括懸架，制動(dòng)都是一樣的。目前根據(jù)我們電機(jī)的水平，這個(gè)橋殼，把電機(jī)放在橋殼里面，這個(gè)橋殼的尺寸跟傳統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)橋的尺寸重量也都差不多。
當(dāng)然還有一種更革命的做法，就是下面這張圖，直接把這個(gè)電機(jī)也做在輪轂里面，變成輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)橋，但是就要占用原有的空間，整個(gè)系統(tǒng)必須重新設(shè)計(jì)。這樣的方案能不能可行呢?我們就來(lái)探索這樣的方案。我們做了一個(gè)電動(dòng)輪的原型，參數(shù)是這樣的。
如果我們做到了一級(jí)減速，傳動(dòng)效率是比較高的，同時(shí)重量也比較輕，整個(gè)成本在批量狀態(tài)下，也能降得比較低，所以我們認(rèn)為，將來(lái)沒(méi)準(zhǔn)輪邊驅(qū)動(dòng)，或者是輪轂驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)橋，把這個(gè)橋的效率提高，將來(lái)可能會(huì)是一種發(fā)展的方向和趨勢(shì)。
這個(gè)我們做了一個(gè)樣車，這是橋的照片，整個(gè)中間的承載橋，加上兩邊的電機(jī)和減速器大概是800公斤的重量，跟傳統(tǒng)集中驅(qū)動(dòng)的優(yōu)勢(shì)還是很明顯的，一是重量輕了，二是效率高了。這是我們做的樣車，跟福田一起，分別研發(fā)了35噸級(jí)載貨車和49噸級(jí)物流車。
最近我們也做了一個(gè)，將來(lái)可以針對(duì)公交車，18米的公交車有驅(qū)動(dòng)橋，也有轉(zhuǎn)向橋，也有轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)橋，能不能針對(duì)轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)橋做成電動(dòng)輪的方案呢?我們也做了，現(xiàn)在能夠把所有的自動(dòng)、承重、驅(qū)動(dòng)都放在輪網(wǎng)里面，這個(gè)我們現(xiàn)在已經(jīng)有一個(gè)客戶在試裝。能夠做到一萬(wàn)牛米，整個(gè)電動(dòng)輪的重量是200公斤左右，重量是比較輕的，對(duì)于簧下質(zhì)量慢慢已經(jīng)不敏感了，用的是盤(pán)式的制動(dòng)器，電動(dòng)輪本身的關(guān)鍵零部件，包括電機(jī)，包括減速器的結(jié)構(gòu)，都做了相關(guān)的研究和探索。我們也對(duì)電動(dòng)輪的效率進(jìn)行了測(cè)試，總的來(lái)說(shuō)，現(xiàn)在研發(fā)的進(jìn)展還是比較順利的。
電動(dòng)輪之后，要對(duì)整車的控制進(jìn)行優(yōu)化，控制策略跟原來(lái)也不一樣了，比如說(shuō)要有電子差矩控制這些工作，整個(gè)動(dòng)力系統(tǒng)跟智能化控制結(jié)合在一起，就變成這樣一個(gè)分層的架構(gòu)。總之，電驅(qū)這一塊兒，電動(dòng)輪相應(yīng)的技術(shù)會(huì)得到更大的發(fā)展。
第二部分，有一些續(xù)航短的重載車輛特別適合純電動(dòng)，我們調(diào)研了各家的整車企業(yè)，純電動(dòng)帶來(lái)的問(wèn)題是什么?電池的成本比較高，充電需要的時(shí)間比較長(zhǎng)，所以我們提出了一個(gè)問(wèn)題，能不能換電，這是我們換電的思路，這樣我們就做了一個(gè)換電的重卡和換電站，現(xiàn)在也建立了換電的聯(lián)盟，我們正在推廣應(yīng)用這套東西，將來(lái)它在城市的建筑車輛，就是市內(nèi)運(yùn)行方面非常有市場(chǎng)。
第三，解決省際物流，我們國(guó)家重卡最重要的是經(jīng)濟(jì)的命脈，一般800到1000公里重載的長(zhǎng)途物流對(duì)應(yīng)的排放、油耗、二氧化碳排放都是比較高的，我們有沒(méi)有比較好的解決方案。
目前國(guó)內(nèi)外大家可以看到，各家都陸續(xù)推出了這樣的牽引車的燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)，我們也對(duì)這一塊兒進(jìn)行了相關(guān)的分析和論證，認(rèn)為在重載領(lǐng)域，氫燃料電池還是有他的優(yōu)勢(shì)的。尤其是在發(fā)動(dòng)機(jī)的技術(shù)，燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)慢慢成熟的情況底下，包括我們的，也包括國(guó)內(nèi)有很多家企業(yè)在這些方面，大家陸續(xù)開(kāi)始把燃料電池往重卡方向應(yīng)用。
氫能燃料電池技術(shù)在商用車尤其重卡上面應(yīng)用，仍然面臨兩個(gè)挑戰(zhàn)。
一個(gè)挑戰(zhàn)是來(lái)自于儲(chǔ)氫方面的挑戰(zhàn)，儲(chǔ)氫系統(tǒng)的密度和儲(chǔ)氫系統(tǒng)的成本。
二是燃料電池的挑戰(zhàn)，它的耐久性和功率密度，和燃料電池的成本。
我們認(rèn)為將來(lái)真正面對(duì)長(zhǎng)途重載領(lǐng)域能夠應(yīng)用的，應(yīng)該達(dá)到這樣的指標(biāo)，我們現(xiàn)在跟這個(gè)指標(biāo)差多少呢?大概差五年的時(shí)間，也就是到2025年，這些問(wèn)題基本上能夠解決，所以我們也做了一個(gè)發(fā)展的路線，到2025年，電堆的功率密度應(yīng)該能做到5-6千瓦/升，成本隨著批量的增加，會(huì)降到1000塊錢(qián)一千瓦。
這相當(dāng)于200千瓦重卡的燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)，發(fā)動(dòng)機(jī)本身不到20萬(wàn)，比如說(shuō)我們大概是16萬(wàn)左右，800塊錢(qián)一個(gè)千瓦，加上液氫儲(chǔ)氫系統(tǒng)，它的成本實(shí)際上跟LNG的成本是差不多的，一個(gè)1000L的LNG的系統(tǒng)是三萬(wàn)多塊錢(qián)，我們能做到五萬(wàn)塊錢(qián)的液氫系統(tǒng)，這樣的話，無(wú)論是我們的分析，還是AVL的分析結(jié)果，燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)的成本，在柴油動(dòng)力和純電動(dòng)動(dòng)力的情況底下，不論是現(xiàn)在，還是將來(lái)，重量都是最輕的，就是運(yùn)輸效率會(huì)提高。
所以因?yàn)檫@個(gè)原因，我們也跟福田一起合作，在研發(fā)35噸和49噸的重卡，這里面就有不同的版本，有采用高壓氣氫儲(chǔ)氫的方案，也有液氫儲(chǔ)氫的方案。我們學(xué)校重點(diǎn)是面向未來(lái)，所以我們就探索采用液氫儲(chǔ)氫的方案。
兩個(gè)500L的氫氣瓶能夠裝60公斤左右的液氫，按照30噸級(jí)的重卡百公里的耗氫量應(yīng)該是7公斤到8公斤左右，所以60公斤就能夠跑五六百公里，是沒(méi)有問(wèn)題的，勻速的情況下，能超過(guò)800公里。這個(gè)配置就能夠比較好地滿足將來(lái)長(zhǎng)途物流的方案。
去年9月8號(hào)，我們發(fā)布了液氫電動(dòng)輪的重卡，把三項(xiàng)技術(shù)整合在一起，大功率的燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)，液氫的儲(chǔ)氫系統(tǒng)，再加上電動(dòng)輪的電驅(qū)動(dòng)橋。這個(gè)我們已經(jīng)做出了樣車，正在調(diào)試。
將來(lái)隨著燃料電池系統(tǒng)的效率提高和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)效率的提高，我這兒給大家算了一下，按照風(fēng)阻系數(shù)0.55的情況下，36噸的重載車輛按照100公里/小時(shí)，它的氫耗應(yīng)該是七點(diǎn)幾公斤，這就可以大幅度降低氫耗。
還有一個(gè)版本，因?yàn)樽罱覀冇幸患移髽I(yè)推出了風(fēng)阻系數(shù)是0.37的重卡，把風(fēng)阻系數(shù)降下來(lái)，大家可以看到，再過(guò)五年左右，到2025年，燃料電池的系統(tǒng)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(gè)來(lái)算，百公里耗氫量進(jìn)入6公斤以內(nèi)，燃料的成本就會(huì)顯著的降低，這是我們將來(lái)發(fā)展的一個(gè)方向。
我認(rèn)為這三個(gè)技術(shù)結(jié)合，會(huì)是未來(lái)商用車的發(fā)展的重要方向，我的報(bào)告就到這里，謝謝大家。
