新能源动力技术在中轻卡车上的应用

袁宏明

（陕西汽车控股集团有限公司，陕西 西安 710043）



新能源动力技术在中轻卡车上的应用

袁宏明

（陕西汽车控股集团有限公司，陕西 西安 710043）

结合中轻卡产品的实际使用特点以及新能源电动汽车动力总成的技术分类，分析了国家政策与现有新能源中轻卡产品的发展关系，并对新能源动力总成在中轻卡平台的应用发展情况进行了预测，新能源中轻卡产品未来将主要以纯电动、增程式和燃料电池三种路线并存发展。

新能源；电动汽车；中轻卡

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

作为能源消费大国，我国每年需进口3亿吨汽柴油，石油对外依存度已达60%，同时由于大量燃烧化石燃料，又在全国大范围地区引发了严重的空气质量问题，因此不论是从国家战略安全方面还是环境保护持续发展角度考虑，发展新能源都已成为必然趋势。经过近20年的积累，我国新能源汽车已进入爆发式增长期。以货车产品为例，2015年该类新能源汽车共销售1.6万辆，同比增长14倍，其中中轻卡产品占比为47%。未来在行业技术进步、节能减排压力、传统产业转型以及国家鼓励政策等多方面因素的综合驱动下，中轻卡作为货车领域的重要组成，将有更多的新能源产品进入市场。目前新能源汽车的动力总成类型较多且各自特点不同，因此需综合各种动力总成系统的特点，并结合中轻卡产品的实际应用选择相适应的技术路线。

1、中轻卡产品特点

中轻卡车是指总质量在1.8-14t的载货汽车。作为我国货物运输的重要组成，中轻卡产品有以下特点：

1.1使用范围广，适应能力强

我国中轻卡的使用环境广阔，农村和城市都有应用。由于生产厂家对产品不断进行适应性设计，中轻卡能够更好的应对国内复杂的地理环境。因此其适用范围主要为市内和城郊之间，当天返回，还有小部分往返于省内城市和农村之间，一天以上返回。

1.2承载能力强，排放性能差

为了满足顾客对产品“多拉快跑”的需求，国内中轻卡车在设计阶段都预备了过载能力，以提高产品的市场竞争力。同时考虑到产品成本以及顾客的接受能力，厂家在产品排放性能方面处于被动接受状态，目前我国中轻卡产品排放性能落后于国外同行。

1.3同质化程度高，性能待提升

国内中轻卡在产品的外观造型及动力总成方面的同质化现象非常严重。虽然在产品性能方面发动机的扭矩、驾驶室宽度、外观造型及舒适化程度等都有了一定程度的提升，但在产品使用可靠性方面受成本及材料的限制，提升速度较慢。

2、新能源汽车动力总成技术路线及国家补贴政策

2.1新能源汽车动力总成技术路线

我国按照新能源汽车驱动原理和技术路线，将其划分为纯电动动力总成系统、插电(增程)式混合动力总成系统和燃料电池动力总成系统三类。

2.1.1纯电动动力总成系统

纯电动汽车利用动力电池作为储能部件，通过动力电池向电机提供电能驱动车辆前进。其动力总成原理如图1所示，主要包括动力电池及电驱动系统。动力电池部分目前国内通常采用锂离子电池，电驱动系统分为电机直接驱动和电机-AMT间驱两种形式，电机包括永磁同步和交流异步两种。

2.1.2插电（增程）式混合动力总成系统

以混合动力电动汽车为基础，增加可外接充电功能后构成了插电式混合动力系统。其动力总成由两个或多个能同时运行的单个动力系统联合组成，根据汽车实际的行驶状态选择由单个动力系统或多个动力系统提供动力。按照动力传递路线可分为增程式动力总成和插电式动力总成两种，其中插电式动力总成又包括并联和混联两种形式。

（1）增程式动力总成

图2　增程式混合动力汽车动力总成原理图

增程式动力总成原理如图2所示，系统优先使用电池，发动机发电机组作为备用电源，电池电量不足的情况下发动机发电机组开始工作将电能输送至直流高压母线。

（2）插电式-并联系统

插电式-并联动力总成原理如3所示，采用发动机和驱动电机两套独立的驱动系统驱动汽车。系统包含电机单独驱动、发动机单独驱动和发动机-电机协同驱动三种模式。

图3　插电式-并联混合动力汽车动力总成原理图

（3）插电式-混联系统

混联动力总成系统原理如图4所示。该动力总成系统复杂程度最高，既包含了增程式动力总成原理，又包含了并联动力总成原理。但混联动力总成系统的驱动模式更加灵活，适应性更强，能量效率最高。

图4　插电式-混联混合动力汽车动力总成原理图

2.1.3燃料电池动力总成系统

燃料电池动力总成原理如图5所示，主要由燃料电池反应堆、燃料存储装置、电驱动系统、动力电池组组成，其工作原理与增程式系统一致。

图5　燃料电池电动汽车动力总成原理图

2.2新能源卡车补贴政策

我国在新能源客车及乘用车领域不断在完善和细化补贴政策。但卡车领域，至2015年都是只针对纯电动产品进行补贴，且国家补贴设定 13.5万元上限，地方补贴通常按 1：1配套，并会依据实地情况进行调整。

3、新能源动力技术在中轻卡车上的应用

3.1中轻卡车多选择的新能源动力系统技术路线

在补贴政策和当前技术发展条件限制下新能源卡车产品主要面向城市物流和市政环卫领域，分别占比75%和21%，其中总质量在1.8-3t级的车型占比为53%，4.5t级车型占比20%，其余为7-8t级车型。这些产品全部都是纯电动形式，1.8-3t级以电机直接驱动为主，4.5-8t级电机直接驱动和电机-AMT间接驱动两种形式并存，表1为两款产品的技术参数。

3.2纯电动中轻卡主要性能分析

以陕西汽车集团有限公司某4.5吨及7吨级的纯电动轻型卡车为例，进行动力性及续驶里程分析。表1为此两款车型的主要技术参数。

表1　纯电动载货车技术参数

3.2.1最高车速分析

中轻卡产品在实际使用过程中会存在一定程度的过载，4.5t和 7t级车辆实际使用过程中总质量会分别达到 6.5t和10t，因此实际运行条件下车辆的动力性指标非常关键。车辆在行驶过程中驱动力-行驶阻力关系及功率平衡关系如式(1) 和(2)所示：

式中：Ttq为电机驱动扭矩(Nm)，ig为变速器速比，i0为主减速比，ηT为传动效率，r为车轮滚动半径(m)，G为车辆总重力(N)，f为滚动阻力系数，i为坡度，CD为风阻系数，A为迎风面积(m2)，ua为车速(km/h)，δ为旋转质量换算系数，m为车辆质量(kg)，Pe为车辆功率(kW)，PA为电附件消耗功率(kW)。

直驱车型和电机-AMT间驱车型电机的额定特性和峰值特性如图6所示。

电动汽车的最高可持续车速取决于车辆的行驶阻力与额定驱动力的平衡关系，根据式(1)计算6.5t总质量条件下电机直驱系统和10t总质量条件下电机-AMT间驱系统的驱动力-行驶阻力平衡关系如图7所示。在给定总质量条件下两套系统的最高车速均不低于80km/h，可满足城市及城郊运行最高速度要求。

图6　电机的扭矩输出特性

图7　驱动力-行驶阻力平衡关系

3.2.2最大爬坡度分析

电动汽车的最大爬坡能力取决于电机的峰值扭矩，根据式(1)计算6.5t总质量条件下电机直驱系统和10t总质量条件下电机-AMT间驱系统的最大爬坡能力如图8所示。在给定总质量条件下两套系统均可保证在18%的坡道上起步，均可满足城市及城郊道路应用坡度条件。

3.2.3加速时间分析

中轻卡产品在市区运行时需频繁起停，因此0-30km/h的起步加速性能是评价的关键指标之一，6.5t总质量条件下电机直驱系统和10t总质量条件下电机-AMT间驱系统的加速时间如图9所示，在给定总质量条件下两套系统的加速性能均显著优于传统车(10-15S)。

图9　车辆加速性能

3.2.4续驶里程分析

电动汽车单次充电最大续驶里程与运行车速和载质量有关，图10所示为6.5t总质量条件下电机直驱系统和10t总质量条件下电机-AMT间驱系统在不同车速下所需的电功率以及续驶里程，在10-40km/h车速区间内里程最长，表明电动车辆更适用城郊中低速工况。

图10　车辆的速度与功率和里程关系

4、新补贴政策及产品未来发展预测

4.12016年补贴政策

2016年国家针对新能源卡车提出：纯电动和插电式混合动力系统国家将按照每度电1800元进行补贴，其他具体细则尚未出台。在2016-2020年间，燃料电池卡车根据吨位进行补贴，轻卡产品国家补贴30万元，中重卡产品国家补贴50万元，而纯电动和插电式混合动力卡车将实行补贴退坡机制，2017-2018年补贴标准在2016年基础上下降20%，2019-2020年补贴标准在2016年基础上下降40%。

4.2新产品形式

针对国家最新政策，未来纯电动中轻卡产品仍然将处于重要位置，在产品改进和性能提升方面将成为重点发展方向。主要体现在车辆轻量化降自重、应用高比能量三元电池、智能服务终端以及降低零部件电耗等方面。

由于国家针对轻卡和中重卡燃料电池车辆的补贴差额达到20万元，外加地方补贴后差异可达40万，因此在中重卡领域开发燃料电池产品将更具有优势，未来将有批量化的燃料电池中卡产品进入市场。该类产品将以 7-14t级纯电动底盘为基础，增加一套15-30kW的燃料电池反应装置，同时将车辆现有动力电池电量减少，以最大化借用国家补贴政策推动产品进入市场。

插电式混合动力系统与纯电动系统差异化较大，其补贴政策又与增程式系统一致。从技术改造角度增程式系统将更具优势，为了应对未来几年补贴政策的退坡，厂家将在减少电池的同时加装增程器解决用户的里程焦虑，增程式中轻卡产品将在市内和城郊冷链物流领域得到规模化应用。

5、结论

新能源中轻卡产品的技术路线与传统产品的实际使用工况以及新能源技术的实际发展现状相关，更取决于国家补贴政策的导向。在国家最新补贴政策刺激下，未来纯电动中轻卡产品的技术水平将进一步得到提升，同时燃料电池和增程式动力总成将成为新能源卡车产品的重要组成。

[1] 陈清泉,孙逢春,祝嘉光.现代电动汽车技术[M].北京:北京理工大学出版社, 2002.

[2] 徐欣. 增程式电动车动力系统分析[D].西南林业大学,2012.

[3] 中国汽车技术研究中心. QC/T759-2006 汽车试验用城市运转循环.中华人民共和国行业标准, 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，就职于陕西汽车控股集团有限公司。

U469.7

A

1671-7988（2016）06-114-04