新能源重卡發(fā)展綜述

陳漢君 曾壯 金銀花

摘 要：新能源技術(shù)在國(guó)內(nèi)外重卡領(lǐng)域取得了一定的發(fā)展，文章對(duì)混合動(dòng)力重卡、純電動(dòng)重卡和燃料電池重卡的技術(shù)路線、主要產(chǎn)品、應(yīng)用等方面進(jìn)行了總結(jié)，歸納了國(guó)內(nèi)外新能源重卡的發(fā)展現(xiàn)狀。

關(guān)鍵詞：新能源重卡;技術(shù)路線;主要產(chǎn)品

中圖分類號(hào)：U469 ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ?文章編號(hào)：1671-7988（2020）10-10-03

Development of New Energy Heavy Truck^*

Chen Hanjun¹， Zeng Zhuang²， Jin Yinhua²

（1.Guangzhou Automobile Group Co.， Ltd.， Guangdong Guangzhou 510623;2.GAC Automotive Research & Development Center， Commercial Vehicle Div.，?Guangdong Guangzhou 510640?）

Abstract：New energy technology has made progress in the field of heavy truck at home and abroad. This paper summarizes the technical route， main products and application of hybrid heavy truck， pure electric heavy truck and fuel cell heavy truck， and summarizes the development status of new energy heavy truck.Keywords： New energy heavy truck; Technical route; Main productsCLC NO.： U469 ?Document Code： A ?Article ID：1671-7988（2020）10-10-03

前言

在日益加劇的能源壓力和環(huán)保壓力下，發(fā)展新能源汽車已成為全球汽車與能源產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的戰(zhàn)略舉措。政策的推動(dòng)支持、市場(chǎng)的需求、技術(shù)的突破，均推動(dòng)了新能源汽車的發(fā)展。

新能源技術(shù)在商用車上的使用，國(guó)內(nèi)外大多應(yīng)用在動(dòng)力要求相對(duì)低的城市客車上，因其在城市運(yùn)行，環(huán)保效果明顯。

實(shí)際上，重型貨車對(duì)大氣污染的影響不容小覷。根據(jù)環(huán)境保護(hù)部發(fā)布的《2018年中國(guó)機(jī)動(dòng)車環(huán)境管理年報(bào)》顯示，重型貨車僅占汽車保有量的3%，但在CO和HC排放上，重型貨車占各類汽車總排放量的1/5，在NO_X和PM排放上，重型貨車占比更是高達(dá)各類汽車總排放量的50%和60%。因此，加快重卡領(lǐng)域的新能源化對(duì)于減少排放降低污染意義重大。

近幾年，在對(duì)于新能源動(dòng)力系統(tǒng)的要求更高的重卡領(lǐng)域，混合動(dòng)力、純電動(dòng)和燃料電池技術(shù)不斷發(fā)展，新應(yīng)用場(chǎng)景不斷開(kāi)發(fā)，需求持續(xù)增長(zhǎng)，新能源重卡已然表現(xiàn)出發(fā)展?jié)摿Α?/p>

1 混合動(dòng)力重卡

1.1 混合動(dòng)力重卡的技術(shù)現(xiàn)狀

新能源汽車技術(shù)發(fā)展至今，混合動(dòng)力技術(shù)最為成熟，增加的成本最小。目前混合動(dòng)力系統(tǒng)包括串聯(lián)式、并聯(lián)式和混聯(lián)式三種。

并聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)由傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)系統(tǒng)和電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)組成，發(fā)動(dòng)機(jī)、電機(jī)和變速器配合使用組合成不同的動(dòng)力模式，可適用于多種不同的行駛工況，能量利用率高。

目前國(guó)內(nèi)外混合動(dòng)力重卡基本都采用了并聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)。該系統(tǒng)技術(shù)成熟度高，最大限度保持原車型動(dòng)力系統(tǒng)布置方式，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，重量較輕，成本較低，系統(tǒng)穩(wěn)定性較高。

1.2 主要的混合動(dòng)力重卡產(chǎn)品

1.2.1 國(guó)外現(xiàn)狀

混合動(dòng)力在日本和歐洲發(fā)展較早，歐洲的汽車制造商推崇混合動(dòng)力，日本大力投入混合動(dòng)力研發(fā)，引領(lǐng)著混合動(dòng)力汽車的發(fā)展。除此之外，近年來(lái)混合動(dòng)力在北美市場(chǎng)的快速增長(zhǎng)也不容小覷。

早在2009年已投產(chǎn)的沃爾沃FE垃圾回收車，采用并聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)，最多可省油20%。

2019年日野發(fā)布日野Profia重卡的混合動(dòng)力車型Profia Hybrid。Profia Hybrid采用并聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)，應(yīng)用人工智能系統(tǒng)進(jìn)行控制，根據(jù)重卡的載重情況、道路坡度、發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)、道路交通狀況、駕駛員駕駛風(fēng)格和習(xí)慣等，自行判斷并采用不同的動(dòng)力輸出模式。根據(jù)道路實(shí)測(cè)試驗(yàn)結(jié)果，與傳統(tǒng)燃油車相比，日野Profia Hybrid可節(jié)省約15%的燃油，并相應(yīng)減少CO₂的排放。

美國(guó)伊頓公司的混合動(dòng)力系統(tǒng)為并聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)。目前，伊頓與戴姆勒、達(dá)夫等卡車公司均有合作關(guān)系，其系統(tǒng)廣泛應(yīng)用在多種卡車產(chǎn)品上。

1.2.2 國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀

國(guó)內(nèi)混合動(dòng)力重卡的研究相對(duì)較少。2019年3月，國(guó)內(nèi)有三款混合動(dòng)力重卡同時(shí)登上工信部第318批新車公告。青汽解放悍V 6×4混合動(dòng)力牽引車，搭載了261kW柴油機(jī)和額定功率75kW的永磁同步電機(jī)。東風(fēng)天龍6×4混合動(dòng)力牽引車，搭載了343kW柴油機(jī)。中國(guó)重汽HOWO 6×4插電式混合動(dòng)力自卸車，采用并聯(lián)混動(dòng)系統(tǒng)，搭載了276kW柴油機(jī)和額定功率40kWh的電池。

1.3 混合動(dòng)力重卡小結(jié)

在自重和環(huán)保壓力之間，混合動(dòng)力重卡找到了平衡點(diǎn)，尤在中長(zhǎng)途運(yùn)輸方面具有優(yōu)勢(shì)。

我國(guó)目前的補(bǔ)貼政策，對(duì)于混合動(dòng)力貨車僅插電式享受補(bǔ)助，混合動(dòng)力重卡沒(méi)有純電動(dòng)和燃料電池重卡的政策引導(dǎo)，發(fā)展稍顯緩慢。

2 純電動(dòng)重卡

2.1 純電動(dòng)重卡的技術(shù)現(xiàn)狀

純電動(dòng)重卡的技術(shù)路線靈活多樣，主要包括中心電機(jī)驅(qū)動(dòng)、中央電機(jī)驅(qū)動(dòng)橋、輪邊電機(jī)驅(qū)動(dòng)橋等方案。中心電機(jī)驅(qū)動(dòng)方案，與傳統(tǒng)燃油車的布置方式基本一致，取消了發(fā)動(dòng)機(jī)和離合器，用驅(qū)動(dòng)電機(jī)連接變速器，原車平臺(tái)的借用程度最高。中央電機(jī)驅(qū)動(dòng)橋方案在原傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)橋主減速器的位置上集成驅(qū)動(dòng)電機(jī)（一般為橫置）、變速器等零部件，集成度高，布置空間占用小。輪邊電機(jī)方案將兩個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)及變速器分別集成在車橋左右兩側(cè)，由兩個(gè)電機(jī)分別驅(qū)動(dòng)該側(cè)的車輪。目前以上三種方案都有廠家采用。

由于純電重卡的續(xù)駛里程仍有待提高，且充電時(shí)間長(zhǎng)，對(duì)充電站等基礎(chǔ)配套設(shè)施要求高，目前更適用于行駛范圍固定、行駛時(shí)間固定的領(lǐng)域，如場(chǎng)地用車和固定線路運(yùn)行等。

2.2 主要的純電動(dòng)重卡產(chǎn)品

2.2.1 國(guó)外現(xiàn)狀

戴姆勒eCascadia半掛卡車，用于城際間物流和港口運(yùn)輸，配備550kWh電池組，續(xù)航里程為400km左右，可在90分鐘內(nèi)完成80%的充電。2019年首批兩輛eCascadia已交付客戶。

達(dá)夫CF?4x2牽引車，用于輕載城市物流，配備了170kWh的鋰離子電池，續(xù)航里程為100km左右;快充30分鐘，充滿則需要1.5小時(shí)。

沃爾沃純電動(dòng)FL卡車，配備300kWh電池組，用于城市配送和垃圾處理，快充需要兩個(gè)小時(shí)。

2.2.2 國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀

比亞迪T10純電動(dòng)自卸車，采用中央驅(qū)動(dòng)橋方案，三電系統(tǒng)均為比亞迪自主研發(fā)，電機(jī)額定功率150kW，電池容量435kWh，續(xù)航里程260km。在2018年深圳的深圳藍(lán)政策發(fā)布后，拿下首批500輛訂單，2019年銷售超過(guò)3000輛。

開(kāi)沃純電動(dòng)8×4重型自卸車，采用中心電機(jī)驅(qū)動(dòng)方案，電機(jī)額定功率240kW，電池容量411kWh。2019年10月，開(kāi)沃正式交付首批300臺(tái)純電動(dòng)8×4重型自卸車（共計(jì)1000臺(tái)訂單）。

大運(yùn)重卡純電動(dòng)6×4牽引車，采用中心電機(jī)驅(qū)動(dòng)方案，電機(jī)額定功率250kW，電池容量374kWh。該車2014年推出，已實(shí)現(xiàn)國(guó)內(nèi)首個(gè)純電動(dòng)牽引車批量下線。

2.3 純電動(dòng)重卡小結(jié)

鑒于環(huán)保壓力，純電動(dòng)重卡的潛在需求巨大，受限于自重、配套設(shè)施、價(jià)格等，市場(chǎng)未能進(jìn)一步打開(kāi)。在專用車和短途貨運(yùn)領(lǐng)域，純電動(dòng)重卡的需求已經(jīng)呈現(xiàn)，市場(chǎng)銷量正在穩(wěn)步增長(zhǎng)。

3 燃料電池重卡

3.1 燃料電池重卡的技術(shù)現(xiàn)狀

燃料電池重卡目前主要的技術(shù)線路有3種：增程式、混合功率模式以及全功率模式。

增程式大多應(yīng)用于燃料電池功率與整車功率需求差距較大的情況;全功率模式對(duì)燃料電池的要求最高，燃料電池的額定功率基本上大于或者接近于整車的最大功率;混合功率模式介于兩者之間，在燃料電池功率進(jìn)一步提升前，混合功率模式應(yīng)用最廣泛。

目前，燃料電池汽車已基本完成燃料電池系統(tǒng)、動(dòng)力系統(tǒng)和整車的集成及性能研發(fā)，進(jìn)入商業(yè)化示范階段。由于燃料電池系統(tǒng)功率偏低，車載儲(chǔ)氫能力尚有不足，燃料電池重卡的發(fā)展仍有限制，后續(xù)的發(fā)展重點(diǎn)集中在關(guān)鍵技術(shù)升級(jí)、加氫基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、推廣示范運(yùn)行等方面。

3.2 主要的燃料電池重卡產(chǎn)品

3.2.1 國(guó)外現(xiàn)狀

豐田FCET氫動(dòng)力卡車，由豐田和美國(guó)肯沃斯聯(lián)合開(kāi)發(fā)，采用豐田燃料電池系統(tǒng)（TFCS），搭載了2個(gè)114kW的燃料電池，續(xù)航里程480km，用于港口及周邊區(qū)域集裝箱運(yùn)輸，目前已進(jìn)行了兩年的測(cè)試，2020年將投入示范運(yùn)行。

現(xiàn)代燃料電池重卡，以創(chuàng)虎重卡為原型，搭載了2個(gè)95kW的燃料電池，續(xù)航里程400km?，F(xiàn)代和瑞士氫能公司H2 Energy達(dá)成諒解備忘錄，擬從2019年到2023年投放1000輛燃料電池重卡。

3.2.2 國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀

2017年中國(guó)重汽推出一款氫燃料港口牽引車，成為國(guó)內(nèi)首臺(tái)重卡產(chǎn)品。該車采用增程式技術(shù)路線，以小功率燃料電池匹配大容量動(dòng)力電池，燃料電池產(chǎn)生的電能僅供給動(dòng)力電池。

2019年10月，江鈴重汽推出威龍4×2氫燃料牽引車，該車技術(shù)路線為混合功率模式，燃料電池系統(tǒng)功率為95kW;大運(yùn)推出6×4燃料電池牽引車，燃料電池系統(tǒng)功率為87kW。

2019年11月，上汽紅巖推出8×4燃料電池自卸車，采用混合功率技術(shù)路線;陜汽推出了搭載120kW燃料電池系統(tǒng)

的旗艦重卡X5000。

在示范運(yùn)行方面，2019年10月，3臺(tái)氫能牽引車在青島港投入測(cè)試運(yùn)營(yíng)，實(shí)現(xiàn)了國(guó)內(nèi)氫能重卡的首次落地應(yīng)用。2019年12月，山西長(zhǎng)治市簽署了《長(zhǎng)治市氫能重卡物流示范園區(qū)建設(shè)項(xiàng)目戰(zhàn)略合作協(xié)議》。

3.3 燃料電池重卡小結(jié)

作為新能源重卡的重要方向，燃料電池重卡目前處于起步階段，需集中突破核心部件、系統(tǒng)集成、關(guān)鍵材料等技術(shù)領(lǐng)域，并推動(dòng)燃料電池重卡的規(guī)模化示范運(yùn)行。

4 結(jié)論

國(guó)內(nèi)新能源重卡整體處于起步階段，其發(fā)展現(xiàn)狀呈現(xiàn)出根據(jù)其自身的不同技術(shù)路線匹配不同適用領(lǐng)域的特點(diǎn)。簡(jiǎn)言之，純電動(dòng)適合短程使用，高環(huán)保要求的領(lǐng)域?qū)冸妱?dòng)的需求更明確;混合動(dòng)力適合中程使用，適用于城市復(fù)雜工況（頻繁起停、加減速等），考慮出勤率和可持續(xù)性等因素，混合動(dòng)力相對(duì)其他新能源形式更高的技術(shù)成熟度體現(xiàn)出優(yōu)勢(shì);燃料電池適用于長(zhǎng)途重載，在關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)后，將成為新能源重卡的終極解決方案。

綜上，純電動(dòng)、混合動(dòng)力、燃料電池等技術(shù)路線各有其特點(diǎn)，也均有其適用的應(yīng)用場(chǎng)景，應(yīng)建立合理細(xì)致的發(fā)展規(guī)劃，依托產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，促進(jìn)技術(shù)發(fā)展，進(jìn)行配套設(shè)施建設(shè)，全面推動(dòng)新能源重卡的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1] 楊偉斌.新能源商用車的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)分析[J].北京汽車， 2017.1.

[2] 鄭傳筆，朱基榮.淺談新能源商用車發(fā)展趨勢(shì)[J].重型汽車，2019.2.

[3] 張佩.重型混合動(dòng)力商用車的發(fā)展與研究[J].重型汽車，2010.1.

[4] 彼得·霍夫曼.混合動(dòng)力汽車技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2016.12.