3d出号走势图:李紅志:新能源卡車驅動技術發展趨勢分析

  • 原創
  • 2019-05-18 15:15
  • 來源:電車資源

摘要:5月17日,2019中國(西安)新能源汽車產業生態大會在西安開幕,在新能源汽車整車及關鍵零部件技術論壇上,蘇州綠控中央研究院常務副院長、博士李紅志發表了主題演講。

十一运夺金走势图 www.xcghd.icu 5月17日,2019中國(西安)新能源汽車產業生態大會在西安開幕,在新能源汽車整車及關鍵零部件技術論壇上,蘇州綠控中央研究院常務副院長、博士李紅志以《新能源卡車驅動技術發展趨勢分析》為題發表了主題演講,介紹了新能源卡車現狀及發展趨勢、純電動動力系統技術路線分析以及混動動力系統技術路線分析等。

李紅志:新能源卡車驅動技術發展趨勢分析

蘇州綠控中央研究院常務副院長、博士 李紅志

以下為演講主要內容:

一、新能源卡車現狀及發展趨勢

1.新能源卡車討論范圍

動力系統主要可分為能純電驅動的混動、插電混動、增程式、純電動、燃料電池。按動力系統分類,可分為兩類:混動、插電混動為第一類,增程式、純電動和燃料電池為第二類。按卡車車重和大小分類,又可分為微卡、輕卡、中重卡。

2.新能源卡車發展趨勢

在油耗法規加嚴、環保要求提高、常規車限行以及新能源相關技術的進步、成本下降、市場接受度的提升等情況下,新能源化是卡車發展的未來趨勢。

目前國內已經有不少新能源卡車,主要是純電動卡車,比如4.5T純電物流車、純電動環衛車、純電動自卸車。國外也有不少純電動卡車,如大名鼎鼎的TESLA Semi。新能源卡車根據不同車型、應用場景和用戶需求而產生較大的差異化。

對于卡車而言,新能源車的機會主要在4.5t以下的市內物流車、比較擁堵的干線重卡以及特殊用途的車輛,如自卸車、環衛車等。

載重量變大,發動機的能量利用率提升,純電動相對混動的經濟性優勢下降。

當車重低于10噸時,純電百公里能耗費用低于混動;車重超過18噸后,情況相反。

李紅志:新能源卡車驅動技術發展趨勢分析

二.純電動動力系統技術路線分析

目前主要的動力系統有:直驅方案、減速箱方案、變速箱方案、電驅橋方案。這四種方案最終都要應對純電動車輛對于動力系統的三個關鍵性指標:成本下降、重量降低、效率提升。

1.直驅系統應對更高需求方面:

(1)成本方面

電機的成本與電機的輸出扭矩幾乎呈正比。受制于傳動軸和后橋的主減速器的限制,直驅電機的扭矩無法降低。電機的成本主要取決于內部的主要零部件成本,電機中的定轉子沖片磁鋼和定子繞組的成本總和占據電機的總成本60%以上,而此三項部件的成本主要是原材料的成本。因此從技術角度方面,直驅電機的成本下降空間非常有限。

(2)重量方面

電機的重量同樣與扭矩呈正相關。短期內沒有技術可以很大幅地提高電機的扭矩密度。乘用車對電機的峰值扭矩要求的持續時間可以很短。而商用車對峰值扭矩要求的持續時間要更長,至少30秒以上。在峰值扭矩要求不變的情況下,直驅電機降低重量的空間同樣有限。

(3)效率方面

目前電機和電機控制器的綜合效率,最高約95%左右,提升的空間也非常有限,要綜合提升1%的難度很高。

2.減/變速箱應對更高需求方面:

(1)成本方面

采用減/變速箱,可以大幅降低電機的扭矩。例如,當直驅方案采用2500N·m的電機時,采用變速箱方案,若一檔速比為2.5,則可采用1000N·m的電機。電機的成本可以大幅降低一半以上,變速箱的成本相對于電機成本低得多,因此綜合下來直驅電機要高于電機+變/減速箱的成本之和。同時在輸出扭矩較大的系統上,變速箱方案還能降低控制器的要求,同樣可以降低控制器的成本。

(2)重量方面

采用減/變速箱,可以大幅降低電機的扭矩,這樣也就大幅降低了電機的重量。變速箱作為傳遞扭矩的部件,重量遠低于電機的重量。因此綜合重量也是減/變速箱更有優勢,而且輸出的扭矩越大,減/變速箱的減重優勢更為明顯。因此采用減/變速箱系統對動力系統的成本降低提供了很大的空間。

(3)效率方面

采用減速箱方案,雖然可以拓寬電機的高效區,但是由于減速箱的能量損耗,因此電耗方面相對于直驅方面沒有優勢。而變速箱方案可以更好地調節電機的工作點,電耗方面相對于直驅在部分工況下略有優勢,但效率提升空間仍然比較有限。因此,減/變速箱方案雖然在成本重量方面有較大的優勢,但是效率方面沒有很好的表現。

3.電驅橋應對更高需求方面:

(1)成本方面

電驅橋將電機集成在橋上,同樣匹配減速機構或變速機構,因此也能大幅降低電機的扭矩和成本。橋本身的成本幾乎沒有增加,同時省去了動力總成安裝懸置、傳動軸等部件,因此實現批量規模應用之后,綜合成本有下降空間,能做到比減/變速箱方案更低。

(2)重量方面

電驅橋的電機和減速機構在總重量方面和減/變速箱方案相當,同時省去了動力總成安裝懸置、傳動軸的部件重量。因此綜合重量也能做到比減/變速箱方案更低。

以凌特車為例:

李紅志:新能源卡車驅動技術發展趨勢分析

(3)效率方面

電驅橋外的其他構型,都必須有螺旋傘齒主減,效率較低。而電驅橋換成圓柱齒輪傳動后,僅主減一項,大約提高效率3~4%。因此在提升效率方面,電驅橋的提升空間很大。

4.總結:

綜合以上分析,直驅方案在滿足未來需求方面,可以提升的空間很有限。減/變速箱方案在重量和成本方面較有優勢,但是效率提升空間有限。電驅橋方案在成本、重量和效率方面都有較為明顯的優勢。

綠控認為,純電動卡車總體的發展技術路線為:

李紅志:新能源卡車驅動技術發展趨勢分析

(1)電驅橋的劣勢:簧下質量問題

說到電驅橋必然會想到簧下質量的問題,這對車輛駕駛性能來說是比較大的劣勢。

1、電驅橋增加的重量,通過采用高速比的減速機構,可以控制在較小的范圍之內。以13噸電驅橋為例,常規橋的重量為1000kg左右,電驅橋約為1100kg左右,增加重量不大。

2、未來幾年之內,純電動卡車還是以城市內運營為主,城市內道路條件較好,簧下質量的增加影響程度較低。

因此簧下質量問題不會成為制約電驅橋發展的瓶頸。

(2)純電動卡車發展的路線

不同車型的發展情況:

在2.5噸以下的物流車上,已經經歷了從直驅到電驅橋的過程。

在3.5-4.5噸級的卡車上,直驅、減速箱和變速箱系統都已經有大批量的應用,減/變速箱的應用逐漸增多,其中變速箱以2檔變速箱為主。電驅橋也已部分實現小批量應用。預計在一兩年內電驅橋會有大批量的應用。

在6-18噸的卡車上,由于直驅電機扭矩和轉速方面的限制,目前主要是變速箱的系統(4-6檔為主),有少量的直驅電機,電驅橋也是帶變速箱的電驅橋(例如比亞迪渣土車的電驅橋)。預計兩年內電驅橋會實現大批量的應用。

在18噸以上的卡車上,幾乎沒有直驅電機的應用,主要是變速箱系統(6-8檔為主),不少廠商也開始嘗試電驅橋。

三.混動動力系統技術路線分析

根據電機的位置不同,混動技術路線分為P0、P2、P4、PS以及P1+P3組合5種混動構型。

李紅志:新能源卡車驅動技術發展趨勢分析

1.混動卡車技術路線——不同構型分析

(1)P0構型:

收益可實現發動機駐車啟停功能,有效減少駐車怠速油耗。在成本上,BSG電機通常較小,成本增加少,整車改動小。局限性是幾乎無其他性能收益。

P0構型建議場景:適合停車怠速時間比例大的車型,如城建自卸車?;故屎險蹈畝占溆邢薜娜緋9娉禱∩系募虻ド犢畛敵?。

(2)P1構型:

收益相比P0構型增加了加速助力功能,等同于提高了發動機馬力,并具備一定的制動回收功能。成本上,ISG電機通常不大,電機成本不高,并且可以和手動擋變速箱搭配使用。

局限性存在以下幾個方面:無電機起步能力,依然存在半聯動起步高能耗問題;無行車啟停能力,依然存在行車怠速油耗;制動回收能力受限,當車速下降至需要分離離合時,制動回收退出。

P1構型建議場景:適合需求進行動力強化的牽引車以及短期無法切換為自動變速箱的車型。

(3)P2構型:

收益可完整地實現各項混動功能,包括純電起步、加速助力、行車啟停、制動回收,提高經濟性、動力性和舒適性。成本上,ISG電機通常比P1構型大,成本相對P1構型高,但可以根據實際需求進行具體選型。P2構型的局限性是其必須匹配自動變速箱。

P2構型建議場景:(1)適合頻繁起步停車,怠速時間長,節油空間大的車型,如城建自卸車、礦用自卸車。(2)適合大載重,長里程,油耗基數大,且對動力性有需求的車型,如干線牽引車。特別是在經濟發達、高速較為繁忙的地區,以及上下坡較多的干線上有顯著的油耗優勢。

從國外混動卡車的應用情況上來看,如沃爾沃、奔馳、雷諾等,基本以P2構型為主。

(4)P3\P4\PS構型:

收益方面,具備加速助力、制動回收功能,對換擋平順性有改善。成本通常高于P2構型。

P3\P4\PS構型存在以下局限性:(1)由于重卡的整車質量大,在沒有變速箱增扭情況下,P3\P4\PS構型的驅動電機基本無法覆蓋扭矩需求,因此加速助力和制動回收能力極為有限,由此帶來的動力性和經濟性提升不明顯。系統整體性價比低,不推薦采用P3\P4\PS電機方案。(2)僅適合皮卡、輕卡等車重較輕的車輛。

(5)串聯構型(增程式):

在收益上,可大幅度減小發動機,發動機只在部分時間工作。成本上,雙電機的方案,驅動電機通常較大,和混動相比成本偏高,略大的車型跟純電動相比成本較低。

串聯構型(增程式)的局限性有:(1)存在發電機成本和系統平均功率需求的矛盾,如果傳統卡車的發動機負荷率很高,那么發電機的功率需要相應增大。(2)存在驅動電機成本和系統動力性的矛盾。如果要保證動力性,驅動電機的額定功率需要和傳統發動機的功率相當,重卡上應用需要300kW以上,成本高。

串聯構型(增程式)建議場景:適合有充電條件的用戶,如碼頭低速牽引車、市內4.5T物流車(在日均里程較短而車子續駛里程需要保證的應用場景下,增程物流比純電物流更合適)。

2.節能使用角度

不同的混動構型,從節能角度看,不管是哪種構型最終都回到節能使用上,主要有以下實現的途徑:

李紅志:新能源卡車驅動技術發展趨勢分析

(1)電機起步:取消傳統車的離合半聯動起步過程,避免離合滑磨損耗。

(2)發動機工作點優化:通過AMT智能換擋策略,合理選擇擋位,讓發動機工作在經濟轉速區間。

(3)發動機怠速?;?/strong>長時間停車等待時,將發動機主動熄火,減少發動機怠速燃料損耗。

(4)制動能量回收:采用電機制動,將車輛動能轉換為電能儲存到電池中,供電機驅動使用。

(5)動力性方面,主要通過電機助力來提高車輛加速能力,通過電機起步來縮短起步時間,從而提高運營效率。

3.混動重卡技術路線

動力系統的技術發展路線是一個逐步推進的過程,針對不同的車型,推進的時間會有不同的情況。

混動重卡的路線預估以P2構型系統為主要技術路線逐步推進,短期內P0、P1構型方案并存,部分特定場景下,采用串聯等其他構型。

(1)混動重卡技術路線——P2構型的典型應用

通過電機制動回收和電機起步,減少機械制動損耗,并取消離合滑磨損耗,滿載時可降低發動機輸出能量69kWh/100km,節能26%以上。

在加速時間方面,0-50公里加速傳統車需要30秒,而混動重卡只需約20秒。在爬坡能力方面,傳統車最大爬坡度約40%,混動重卡則大于45%,同等坡度上,混動重卡的最高車速更高。

李紅志:新能源卡車驅動技術發展趨勢分析

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(2)從經濟性、動力性、實用性角度看P2構型的典型應用

a.經濟性:更高的收益與更快的成本回收。

●PHD為渣土自卸車每年節省油費11萬元里程越多,節省越多。

●PHD新增成本不到15萬元;用戶可以在1.5年內收回新增成本,且之后每年有11萬元收益。

●若考慮新能源政策補貼,購置稅免除+電池補貼在7萬元以上,則1年內即可收回新增成本。

b.動力性:更強的動力與更高的運輸效率。

●PHD起步扭矩2100Nm,高于傳統車發動機峰值扭矩相當,起步能力更強

●PHD起步無離合半聯動過程,起步更快,每次起步時間縮短3-5秒

●PHD具備電機輔助加速功能,0-50kmph加速時間相比傳統車可以縮短30%,平均車速高,運輸更高效

c.實用性:更輕松的駕駛,更高的出勤率。

●PHD自動控制離合、自動控制擋位,大幅降低司機的勞動強度,可以提高司機的連續工作時間。

●PHD采用電機起步,避免了離合半聯動起步對離合的磨損,離合壽命更長,降低維修保養次數。

●PHD在減速時,采用電機制動回收,大幅降低剎車片的磨損,提高剎車片的壽命,減少更換次數。

來源:電車資源

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