袁宏明

（陜西汽車控股集團有限公司，陜西 西安 710043）

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新能源動力技術(shù)在中輕卡車上的應(yīng)用

袁宏明

（陜西汽車控股集團有限公司，陜西 西安 710043）

結(jié)合中輕卡產(chǎn)品的實際使用特點以及新能源電動汽車動力總成的技術(shù)分類，分析了國家政策與現(xiàn)有新能源中輕卡產(chǎn)品的發(fā)展關(guān)系，并對新能源動力總成在中輕卡平臺的應(yīng)用發(fā)展情況進行了預(yù)測，新能源中輕卡產(chǎn)品未來將主要以純電動、增程式和燃料電池三種路線并存發(fā)展。

新能源；電動汽車；中輕卡

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.06.040

CLC NO.: U469.7 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2016)06-114-04

前言

作為能源消費大國，我國每年需進口3億噸汽柴油，石油對外依存度已達60%，同時由于大量燃燒化石燃料，又在全國大范圍地區(qū)引發(fā)了嚴(yán)重的空氣質(zhì)量問題，因此不論是從國家戰(zhàn)略安全方面還是環(huán)境保護持續(xù)發(fā)展角度考慮，發(fā)展新能源都已成為必然趨勢。經(jīng)過近20年的積累，我國新能源汽車已進入爆發(fā)式增長期。以貨車產(chǎn)品為例，2015年該類新能源汽車共銷售1.6萬輛，同比增長14倍，其中中輕卡產(chǎn)品占比為47%。未來在行業(yè)技術(shù)進步、節(jié)能減排壓力、傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型以及國家鼓勵政策等多方面因素的綜合驅(qū)動下，中輕卡作為貨車領(lǐng)域的重要組成，將有更多的新能源產(chǎn)品進入市場。目前新能源汽車的動力總成類型較多且各自特點不同，因此需綜合各種動力總成系統(tǒng)的特點，并結(jié)合中輕卡產(chǎn)品的實際應(yīng)用選擇相適應(yīng)的技術(shù)路線。

1、中輕卡產(chǎn)品特點

中輕卡車是指總質(zhì)量在1.8-14t的載貨汽車。作為我國貨物運輸?shù)闹匾M成，中輕卡產(chǎn)品有以下特點：

1.1使用范圍廣，適應(yīng)能力強

我國中輕卡的使用環(huán)境廣闊，農(nóng)村和城市都有應(yīng)用。由于生產(chǎn)廠家對產(chǎn)品不斷進行適應(yīng)性設(shè)計，中輕卡能夠更好的應(yīng)對國內(nèi)復(fù)雜的地理環(huán)境。因此其適用范圍主要為市內(nèi)和城郊之間，當(dāng)天返回，還有小部分往返于省內(nèi)城市和農(nóng)村之間，一天以上返回。

1.2承載能力強，排放性能差

為了滿足顧客對產(chǎn)品“多拉快跑”的需求，國內(nèi)中輕卡車在設(shè)計階段都預(yù)備了過載能力，以提高產(chǎn)品的市場競爭力。同時考慮到產(chǎn)品成本以及顧客的接受能力，廠家在產(chǎn)品排放性能方面處于被動接受狀態(tài)，目前我國中輕卡產(chǎn)品排放性能落后于國外同行。

1.3同質(zhì)化程度高，性能待提升

國內(nèi)中輕卡在產(chǎn)品的外觀造型及動力總成方面的同質(zhì)化現(xiàn)象非常嚴(yán)重。雖然在產(chǎn)品性能方面發(fā)動機的扭矩、駕駛室寬度、外觀造型及舒適化程度等都有了一定程度的提升，但在產(chǎn)品使用可靠性方面受成本及材料的限制，提升速度較慢。

2、新能源汽車動力總成技術(shù)路線及國家補貼政策

2.1新能源汽車動力總成技術(shù)路線

我國按照新能源汽車驅(qū)動原理和技術(shù)路線，將其劃分為純電動動力總成系統(tǒng)、插電(增程)式混合動力總成系統(tǒng)和燃料電池動力總成系統(tǒng)三類。

2.1.1純電動動力總成系統(tǒng)

純電動汽車?yán)脛恿﹄姵刈鳛閮δ懿考?，通過動力電池向電機提供電能驅(qū)動車輛前進。其動力總成原理如圖1所示，主要包括動力電池及電驅(qū)動系統(tǒng)。動力電池部分目前國內(nèi)通常采用鋰離子電池，電驅(qū)動系統(tǒng)分為電機直接驅(qū)動和電機-AMT間驅(qū)兩種形式，電機包括永磁同步和交流異步兩種。

2.1.2插電（增程）式混合動力總成系統(tǒng)

以混合動力電動汽車為基礎(chǔ)，增加可外接充電功能后構(gòu)成了插電式混合動力系統(tǒng)。其動力總成由兩個或多個能同時運行的單個動力系統(tǒng)聯(lián)合組成，根據(jù)汽車實際的行駛狀態(tài)選擇由單個動力系統(tǒng)或多個動力系統(tǒng)提供動力。按照動力傳遞路線可分為增程式動力總成和插電式動力總成兩種，其中插電式動力總成又包括并聯(lián)和混聯(lián)兩種形式。

（1）增程式動力總成

圖2　增程式混合動力汽車動力總成原理圖

增程式動力總成原理如圖2所示，系統(tǒng)優(yōu)先使用電池，發(fā)動機發(fā)電機組作為備用電源，電池電量不足的情況下發(fā)動機發(fā)電機組開始工作將電能輸送至直流高壓母線。

（2）插電式-并聯(lián)系統(tǒng)

插電式-并聯(lián)動力總成原理如3所示，采用發(fā)動機和驅(qū)動電機兩套獨立的驅(qū)動系統(tǒng)驅(qū)動汽車。系統(tǒng)包含電機單獨驅(qū)動、發(fā)動機單獨驅(qū)動和發(fā)動機-電機協(xié)同驅(qū)動三種模式。

圖3　插電式-并聯(lián)混合動力汽車動力總成原理圖

（3）插電式-混聯(lián)系統(tǒng)

混聯(lián)動力總成系統(tǒng)原理如圖4所示。該動力總成系統(tǒng)復(fù)雜程度最高，既包含了增程式動力總成原理，又包含了并聯(lián)動力總成原理。但混聯(lián)動力總成系統(tǒng)的驅(qū)動模式更加靈活，適應(yīng)性更強，能量效率最高。

圖4　插電式-混聯(lián)混合動力汽車動力總成原理圖

2.1.3燃料電池動力總成系統(tǒng)

燃料電池動力總成原理如圖5所示，主要由燃料電池反應(yīng)堆、燃料存儲裝置、電驅(qū)動系統(tǒng)、動力電池組組成，其工作原理與增程式系統(tǒng)一致。

圖5　燃料電池電動汽車動力總成原理圖

2.2新能源卡車補貼政策

我國在新能源客車及乘用車領(lǐng)域不斷在完善和細(xì)化補貼政策。但卡車領(lǐng)域，至2015年都是只針對純電動產(chǎn)品進行補貼，且國家補貼設(shè)定 13.5萬元上限，地方補貼通常按 1：1配套，并會依據(jù)實地情況進行調(diào)整。

3、新能源動力技術(shù)在中輕卡車上的應(yīng)用

3.1中輕卡車多選擇的新能源動力系統(tǒng)技術(shù)路線

在補貼政策和當(dāng)前技術(shù)發(fā)展條件限制下新能源卡車產(chǎn)品主要面向城市物流和市政環(huán)衛(wèi)領(lǐng)域，分別占比75%和21%，其中總質(zhì)量在1.8-3t級的車型占比為53%，4.5t級車型占比20%，其余為7-8t級車型。這些產(chǎn)品全部都是純電動形式，1.8-3t級以電機直接驅(qū)動為主，4.5-8t級電機直接驅(qū)動和電機-AMT間接驅(qū)動兩種形式并存，表1為兩款產(chǎn)品的技術(shù)參數(shù)。

3.2純電動中輕卡主要性能分析

以陜西汽車集團有限公司某4.5噸及7噸級的純電動輕型卡車為例，進行動力性及續(xù)駛里程分析。表1為此兩款車型的主要技術(shù)參數(shù)。

表1　純電動載貨車技術(shù)參數(shù)

3.2.1最高車速分析

中輕卡產(chǎn)品在實際使用過程中會存在一定程度的過載，4.5t和 7t級車輛實際使用過程中總質(zhì)量會分別達到 6.5t和10t，因此實際運行條件下車輛的動力性指標(biāo)非常關(guān)鍵。車輛在行駛過程中驅(qū)動力-行駛阻力關(guān)系及功率平衡關(guān)系如式(1) 和(2)所示：

式中：Ttq為電機驅(qū)動扭矩(Nm)，ig為變速器速比，i0為主減速比，ηT為傳動效率，r為車輪滾動半徑(m)，G為車輛總重力(N)，f為滾動阻力系數(shù)，i為坡度，CD為風(fēng)阻系數(shù)，A為迎風(fēng)面積(m2)，ua為車速(km/h)，δ為旋轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)，m為車輛質(zhì)量(kg)，Pe為車輛功率(kW)，PA為電附件消耗功率(kW)。

直驅(qū)車型和電機-AMT間驅(qū)車型電機的額定特性和峰值特性如圖6所示。

電動汽車的最高可持續(xù)車速取決于車輛的行駛阻力與額定驅(qū)動力的平衡關(guān)系，根據(jù)式(1)計算6.5t總質(zhì)量條件下電機直驅(qū)系統(tǒng)和10t總質(zhì)量條件下電機-AMT間驅(qū)系統(tǒng)的驅(qū)動力-行駛阻力平衡關(guān)系如圖7所示。在給定總質(zhì)量條件下兩套系統(tǒng)的最高車速均不低于80km/h，可滿足城市及城郊運行最高速度要求。

圖6　電機的扭矩輸出特性

圖7　驅(qū)動力-行駛阻力平衡關(guān)系

3.2.2最大爬坡度分析

電動汽車的最大爬坡能力取決于電機的峰值扭矩，根據(jù)式(1)計算6.5t總質(zhì)量條件下電機直驅(qū)系統(tǒng)和10t總質(zhì)量條件下電機-AMT間驅(qū)系統(tǒng)的最大爬坡能力如圖8所示。在給定總質(zhì)量條件下兩套系統(tǒng)均可保證在18%的坡道上起步，均可滿足城市及城郊道路應(yīng)用坡度條件。

3.2.3加速時間分析

中輕卡產(chǎn)品在市區(qū)運行時需頻繁起停，因此0-30km/h的起步加速性能是評價的關(guān)鍵指標(biāo)之一，6.5t總質(zhì)量條件下電機直驅(qū)系統(tǒng)和10t總質(zhì)量條件下電機-AMT間驅(qū)系統(tǒng)的加速時間如圖9所示，在給定總質(zhì)量條件下兩套系統(tǒng)的加速性能均顯著優(yōu)于傳統(tǒng)車(10-15S)。

圖9　車輛加速性能

3.2.4續(xù)駛里程分析

電動汽車單次充電最大續(xù)駛里程與運行車速和載質(zhì)量有關(guān)，圖10所示為6.5t總質(zhì)量條件下電機直驅(qū)系統(tǒng)和10t總質(zhì)量條件下電機-AMT間驅(qū)系統(tǒng)在不同車速下所需的電功率以及續(xù)駛里程，在10-40km/h車速區(qū)間內(nèi)里程最長，表明電動車輛更適用城郊中低速工況。

圖10　車輛的速度與功率和里程關(guān)系

4、新補貼政策及產(chǎn)品未來發(fā)展預(yù)測

4.12016年補貼政策

2016年國家針對新能源卡車提出：純電動和插電式混合動力系統(tǒng)國家將按照每度電1800元進行補貼，其他具體細(xì)則尚未出臺。在2016-2020年間，燃料電池卡車根據(jù)噸位進行補貼，輕卡產(chǎn)品國家補貼30萬元，中重卡產(chǎn)品國家補貼50萬元，而純電動和插電式混合動力卡車將實行補貼退坡機制，2017-2018年補貼標(biāo)準(zhǔn)在2016年基礎(chǔ)上下降20%，2019-2020年補貼標(biāo)準(zhǔn)在2016年基礎(chǔ)上下降40%。

4.2新產(chǎn)品形式

針對國家最新政策，未來純電動中輕卡產(chǎn)品仍然將處于重要位置，在產(chǎn)品改進和性能提升方面將成為重點發(fā)展方向。主要體現(xiàn)在車輛輕量化降自重、應(yīng)用高比能量三元電池、智能服務(wù)終端以及降低零部件電耗等方面。

由于國家針對輕卡和中重卡燃料電池車輛的補貼差額達到20萬元，外加地方補貼后差異可達40萬，因此在中重卡領(lǐng)域開發(fā)燃料電池產(chǎn)品將更具有優(yōu)勢，未來將有批量化的燃料電池中卡產(chǎn)品進入市場。該類產(chǎn)品將以 7-14t級純電動底盤為基礎(chǔ)，增加一套15-30kW的燃料電池反應(yīng)裝置，同時將車輛現(xiàn)有動力電池電量減少，以最大化借用國家補貼政策推動產(chǎn)品進入市場。

插電式混合動力系統(tǒng)與純電動系統(tǒng)差異化較大，其補貼政策又與增程式系統(tǒng)一致。從技術(shù)改造角度增程式系統(tǒng)將更具優(yōu)勢，為了應(yīng)對未來幾年補貼政策的退坡，廠家將在減少電池的同時加裝增程器解決用戶的里程焦慮，增程式中輕卡產(chǎn)品將在市內(nèi)和城郊冷鏈物流領(lǐng)域得到規(guī)?；瘧?yīng)用。

5、結(jié)論

新能源中輕卡產(chǎn)品的技術(shù)路線與傳統(tǒng)產(chǎn)品的實際使用工況以及新能源技術(shù)的實際發(fā)展現(xiàn)狀相關(guān)，更取決于國家補貼政策的導(dǎo)向。在國家最新補貼政策刺激下，未來純電動中輕卡產(chǎn)品的技術(shù)水平將進一步得到提升，同時燃料電池和增程式動力總成將成為新能源卡車產(chǎn)品的重要組成。

[1] 陳清泉,孫逢春,祝嘉光.現(xiàn)代電動汽車技術(shù)[M].北京:北京理工大學(xué)出版社, 2002.

[2] 徐欣. 增程式電動車動力系統(tǒng)分析[D].西南林業(yè)大學(xué),2012.

[3] 中國汽車技術(shù)研究中心. QC/T759-2006 汽車試驗用城市運轉(zhuǎn)循環(huán).中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn), 2006.

Application of the new energy power train technology on light/mid-duty vehicles

Yuan Hongming
( Shannxi Automobile Group Co., Ltd., Shaanxi Xi'an 710043 )

Based on the application characteristics of light/mid-duty vehicle and definition of new energy vehicle, the relationship between national policy and new energy light/mid-duty vehicle in usingis provided. The anticipation of new energy power train for the future development of light/mid-duty vehicle is of that pure electric vehicle, range extended vehicle and fuel cell vehicle will be and develop during same time.

new energy; electric vehicle; light/mid-duty vehicle

袁宏明，就職于陜西汽車控股集團有限公司。

U469.7

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1671-7988（2016）06-114-04