新能源動力技術在中輕卡車上的應用

袁宏明

（陜西汽車控股集團有限公司，陜西 西安 710043）

?

新能源動力技術在中輕卡車上的應用

袁宏明

（陜西汽車控股集團有限公司，陜西 西安 710043）

結合中輕卡產品的實際使用特點以及新能源電動汽車動力總成的技術分類，分析了國家政策與現有新能源中輕卡產品的發展關系，并對新能源動力總成在中輕卡平臺的應用發展情況進行了預測，新能源中輕卡產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引發了嚴重的空氣質量問題，因此不論是從國家戰略安全方面還是環境保護持續發展角度考慮，發展新能源都已成為必然趨勢。經過近20年的積累，我國新能源汽車已進入爆發式增長期。以貨車產品為例，2015年該類新能源汽車共銷售1.6萬輛，同比增長14倍，其中中輕卡產品占比為47%。未來在行業技術進步、節能減排壓力、傳統產業轉型以及國家鼓勵政策等多方面因素的綜合驅動下，中輕卡作為貨車領域的重要組成，將有更多的新能源產品進入市場。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的特點，并結合中輕卡產品的實際應用選擇相適應的技術路線。

1、中輕卡產品特點

中輕卡車是指總質量在1.8-14t的載貨汽車。作為我國貨物運輸的重要組成，中輕卡產品有以下特點：

1.1使用范圍廣，適應能力強

我國中輕卡的使用環境廣闊，農村和城市都有應用。由于生產廠家對產品不斷進行適應性設計，中輕卡能夠更好的應對國內復雜的地理環境。因此其適用范圍主要為市內和城郊之間，當天返回，還有小部分往返于省內城市和農村之間，一天以上返回。

1.2承載能力強，排放性能差

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

1.3同質化程度高，性能待提升

國內中輕卡在產品的外觀造型及動力總成方面的同質化現象非常嚴重。雖然在產品性能方面發動機的扭矩、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路線及國家補貼政策

2.1新能源汽車動力總成技術路線

我國按照新能源汽車驅動原理和技術路線，將其劃分為純電動動力總成系統、插電(增程)式混合動力總成系統和燃料電池動力總成系統三類。

2.1.1純電動動力總成系統

純電動汽車利用動力電池作為儲能部件，通過動力電池向電機提供電能驅動車輛前進。其動力總成原理如圖1所示，主要包括動力電池及電驅動系統。動力電池部分目前國內通常采用鋰離子電池，電驅動系統分為電機直接驅動和電機-AMT間驅兩種形式，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

以混合動力電動汽車為基礎，增加可外接充電功能后構成了插電式混合動力系統。其動力總成由兩個或多個能同時運行的單個動力系統聯合組成，根據汽車實際的行駛狀態選擇由單個動力系統或多個動力系統提供動力。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和混聯兩種形式。

（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，系統優先使用電池，發動機發電機組作為備用電源，電池電量不足的情況下發動機發電機組開始工作將電能輸送至直流高壓母線。

（2）插電式-并聯系統

插電式-并聯動力總成原理如3所示，采用發動機和驅動電機兩套獨立的驅動系統驅動汽車。系統包含電機單獨驅動、發動機單獨驅動和發動機-電機協同驅動三種模式。

圖3　插電式-并聯混合動力汽車動力總成原理圖

（3）插電式-混聯系統

混聯動力總成系統原理如圖4所示。該動力總成系統復雜程度最高，既包含了增程式動力總成原理，又包含了并聯動力總成原理。但混聯動力總成系統的驅動模式更加靈活，適應性更強，能量效率最高。

圖4　插電式-混聯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

燃料電池動力總成原理如圖5所示，主要由燃料電池反應堆、燃料存儲裝置、電驅動系統、動力電池組組成，其工作原理與增程式系統一致。

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域不斷在完善和細化補貼政策。但卡車領域，至2015年都是只針對純電動產品進行補貼，且國家補貼設定 13.5萬元上限，地方補貼通常按 1：1配套，并會依據實地情況進行調整。

3、新能源動力技術在中輕卡車上的應用

3.1中輕卡車多選擇的新能源動力系統技術路線

在補貼政策和當前技術發展條件限制下新能源卡車產品主要面向城市物流和市政環衛領域，分別占比75%和21%，其中總質量在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。這些產品全部都是純電動形式，1.8-3t級以電機直接驅動為主，4.5-8t級電機直接驅動和電機-AMT間接驅動兩種形式并存，表1為兩款產品的技術參數。

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，進行動力性及續駛里程分析。表1為此兩款車型的主要技術參數。

表1　純電動載貨車技術參數

3.2.1最高車速分析

中輕卡產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非常關鍵。車輛在行駛過程中驅動力-行駛阻力關系及功率平衡關系如式(1) 和(2)所示：

式中：Ttq為電機驅動扭矩(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，i為坡度，CD為風阻系數，A為迎風面積(m2)，ua為車速(km/h)，δ為旋轉質量換算系數，m為車輛質量(kg)，Pe為車輛功率(kW)，PA為電附件消耗功率(kW)。

直驅車型和電機-AMT間驅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車速取決于車輛的行駛阻力與額定驅動力的平衡關系，根據式(1)計算6.5t總質量條件下電機直驅系統和10t總質量條件下電機-AMT間驅系統的驅動力-行駛阻力平衡關系如圖7所示。在給定總質量條件下兩套系統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　驅動力-行駛阻力平衡關系

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，根據式(1)計算6.5t總質量條件下電機直驅系統和10t總質量條件下電機-AMT間驅系統的最大爬坡能力如圖8所示。在給定總質量條件下兩套系統均可保證在18%的坡道上起步，均可滿足城市及城郊道路應用坡度條件。

3.2.3加速時間分析

中輕卡產品在市區運行時需頻繁起停，因此0-30km/h的起步加速性能是評價的關鍵指標之一，6.5t總質量條件下電機直驅系統和10t總質量條件下電機-AMT間驅系統的加速時間如圖9所示，在給定總質量條件下兩套系統的加速性能均顯著優于傳統車(10-15S)。

圖9　車輛加速性能

3.2.4續駛里程分析

電動汽車單次充電最大續駛里程與運行車速和載質量有關，圖10所示為6.5t總質量條件下電機直驅系統和10t總質量條件下電機-AMT間驅系統在不同車速下所需的電功率以及續駛里程，在10-40km/h車速區間內里程最長，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系

4、新補貼政策及產品未來發展預測

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國家將按照每度電1800元進行補貼，其他具體細則尚未出臺。在2016-2020年間，燃料電池卡車根據噸位進行補貼，輕卡產品國家補貼30萬元，中重卡產品國家補貼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年補貼標準在2016年基礎上下降20%，2019-2020年補貼標準在2016年基礎上下降40%。

4.2新產品形式

針對國家最新政策，未來純電動中輕卡產品仍然將處于重要位置，在產品改進和性能提升方面將成為重點發展方向。主要體現在車輛輕量化降自重、應用高比能量三元電池、智能服務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，因此在中重卡領域開發燃料電池產品將更具有優勢，未來將有批量化的燃料電池中卡產品進入市場。該類產品將以 7-14t級純電動底盤為基礎，增加一套15-30kW的燃料電池反應裝置，同時將車輛現有動力電池電量減少，以最大化借用國家補貼政策推動產品進入市場。

插電式混合動力系統與純電動系統差異化較大，其補貼政策又與增程式系統一致。從技術改造角度增程式系統將更具優勢，為了應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，增程式中輕卡產品將在市內和城郊冷鏈物流領域得到規模化應用。

5、結論

新能源中輕卡產品的技術路線與傳統產品的實際使用工況以及新能源技術的實際發展現狀相關，更取決于國家補貼政策的導向。在國家最新補貼政策刺激下，未來純電動中輕卡產品的技術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品的重要組成。

[1] 陳清泉,孫逢春,祝嘉光.現代電動汽車技術[M].北京:北京理工大學出版社, 2002.

[2] 徐欣. 增程式電動車動力系統分析[D].西南林業大學,2012.

[3] 中國汽車技術研究中心. QC/T759-2006 汽車試驗用城市運轉循環.中華人民共和國行業標準, 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

A

1671-7988（2016）06-114-04