李建秋：商用车的未来在于电动化、重卡换电和液氢电池技术

　　以“新发展格局与汽车产业变革”为主题的2021中国电动汽车百人会论坛在1月15-17日于北京举行。清华大学车辆与运载学院院长李建秋发表了相关的主题演讲，他表示氢能燃料电池技术在商用车尤其重卡上面应用仍然面临两个挑战，一个挑战是来自于储氢方面的挑战，储氢系统的密度和储氢系统的成本，二是燃料电池的挑战，它的耐久性和功率密度，和燃料电池的成本。

　　以下为演讲实录：

　　尊敬的各位专家，各位线上的朋友们，大家下午好！

　　非常高兴有这个机会能够做一个商用车，尤其是在电动化方面的研发进展，我争取按照主持人的要求，15分钟把这个报告讲完。

　　我将介绍三个方面的主要内容。

　　首先，电动化第一个对象就是怎样在电动化这一块儿做出我们的特色，主要是比较分布式驱动与集中驱动的优势和未来的发展方向。

　　第二块，针对重卡的换电系统，纯电换电系统做一个简单的介绍。

　　第三块，针对我们国家物流的主力，长途重载商用车领域，比较理想的解决方案是什么，我们也做一个分析。

　　首先看第一部分，电动、电动，首先是电机驱动，但是电机怎样驱动，重型车辆比较重，有分布式驱动，也有集中驱动，分布式驱动又分了四种，轮毂电机，不带减速器的，也有轮毂电机带减速器的，还有轮边电机的方案。

　　目前全球范围内来讲，这五种方案都有人在研究，而且都有人在做相关的产品，发展还是非常丰富的。

　　以前传统机械的动力往往是梯形的驱动结构，发动机、变速箱、传动轴，两个驱动桥，电动化以后，也有用这样贯穿桥的方式，这样整个系统的成本能够低一些，但是我们更追求创新、效率更高的做法。

　　所以，我们就对国内外做了很多的分析，大家可以看到，有轮毂电机直接驱动的，也有带轮边减速器的，我们通常说的电动轮的方案，也有两极减速，轮边驱动的方案，比如说ZF-AVE130，这是结构参数，整个桥的重量。

　　也有直接把电机通过传动轴传到轮边的方案，轮边还是传统的结构，电机取代原来中央桥的位置，这个现在也有不少的方案。

　　最普通的是这种方案，传统的集中驱动的方案，但是大家可以看到，电机输出端到最后的轮边，综合效率大概是80%几。

　　我们认为这个效率偏低了，而且传统的机械传动没有特别大的灵活性。

　　所以改进的方向是什么呢？就是简化传动系统，同时利用电驱来提高效率，减轻重量，节省空间，这里面也有不同的配置，比如说Axle Tech，他们做的是双电机的方案。

　　也有因为梯形的动力传动方式必须要用上齿轮，锥齿轮，能不能把锥齿轮去掉呢？高速阶段它的效率不是很高，因此就出现了同轴布置的方案。

　　还有干脆用电动轮的方案，我们也对国内外电动轮的方案做了综述，这里提出两种比较有特色的，或者说代表将来真正的电动桥发展的方向。

　　一种是集中驱动的方案，就是上面的这张图，左右各有两个小的电机，这个电机的转速可以高一些，通过轮边减速，轮边跟传统的机械，包括悬架，制动都是一样的。目前根据我们电机的水平，这个桥壳，把电机放在桥壳里面，这个桥壳的尺寸跟传统的驱动桥的尺寸重量也都差不多。

　　当然还有一种更革命的做法，就是下面这张图，直接把这个电机也做在轮毂里面，变成轮毂电机驱动的电动桥，但是就要占用原有的空间，整个系统必须重新设计。这样的方案能不能可行呢？我们就来探索这样的方案。我们做了一个电动轮的原型，参数是这样的。

　　如果我们做到了一级减速，传动效率是比较高的，同时重量也比较轻，整个成本在批量状态下，也能降得比较低，所以我们认为，将来没准轮边驱动，或者是轮毂驱动的电动桥，把这个桥的效率提高，将来可能会是一种发展的方向和趋势。

　　这个我们做了一个样车，这是桥的照片，整个中间的承载桥，加上两边的电机和减速器大概是800公斤的重量，跟传统集中驱动的优势还是很明显的，一是重量轻了，二是效率高了。这是我们做的样车，跟福田一起，分别研发了35吨级载货车和49吨级物流车。

　　最近我们也做了一个，将来可以针对公交车，18米的公交车有驱动桥，也有转向桥，也有转向驱动桥，能不能针对转向驱动桥做成电动轮的方案呢？我们也做了，现在能够把所有的自动、承重、驱动都放在轮网里面，这个我们现在已经有一个客户在试装。能够做到一万牛米，整个电动轮的重量是200公斤左右，重量是比较轻的，对于簧下质量慢慢已经不敏感了，用的是盘式的制动器，电动轮本身的关键零部件，包括电机，包括减速器的结构，都做了相关的研究和探索。我们也对电动轮的效率进行了测试，总的来说，现在研发的进展还是比较顺利的。

　　电动轮之后，要对整车的控制进行优化，控制策略跟原来也不一样了，比如说要有电子差矩控制这些工作，整个动力系统跟智能化控制结合在一起，就变成这样一个分层的架构。总之，电驱这一块儿，电动轮相应的技术会得到更大的发展。

　　第二部分，有一些续航短的重载车辆特别适合纯电动，我们调研了各家的整车企业，纯电动带来的问题是什么？电池的成本比较高，充电需要的时间比较长，所以我们提出了一个问题，能不能换电，这是我们换电的思路，这样我们就做了一个换电的重卡和换电站，现在也建立了换电的联盟，我们正在推广应用这套东西，将来它在城市的建筑车辆，就是市内运行方面非常有市场。

　　第三，解决省际物流，我们国家重卡最重要的是经济的命脉，一般800到1000公里重载的长途物流对应的排放、油耗、二氧化碳排放都是比较高的，我们有没有比较好的解决方案。

　　目前国内外大家可以看到，各家都陆续推出了这样的牵引车的燃料电池动力系统，我们也对这一块儿进行了相关的分析和论证，认为在重载领域，氢燃料电池还是有他的优势的。尤其是在发动机的技术，燃料电池发动机技术慢慢成熟的情况底下，包括我们的，也包括国内有很多家企业在这些方面，大家陆续开始把燃料电池往重卡方向应用。

　　氢能燃料电池技术在商用车尤其重卡上面应用，仍然面临两个挑战。

　　一个挑战是来自于储氢方面的挑战，储氢系统的密度和储氢系统的成本。

　　二是燃料电池的挑战，它的耐久性和功率密度，和燃料电池的成本。

　　我们认为将来真正面对长途重载领域能够应用的，应该达到这样的指标，我们现在跟这个指标差多少呢？大概差五年的时间，也就是到2025年，这些问题基本上能够解决，所以我们也做了一个发展的路线，到2025年，电堆的功率密度应该能做到5-6千瓦/升，成本随着批量的增加，会降到1000块钱一千瓦。

　　这相当于200千瓦重卡的燃料电池发动机，发动机本身不到20万，比如说我们大概是16万左右，800块钱一个千瓦，加上液氢储氢系统，它的成本实际上跟LNG的成本是差不多的，一个1000L的LNG的系统是三万多块钱，我们能做到五万块钱的液氢系统，这样的话，无论是我们的分析，还是AVL的分析结果，燃料电池动力系统的成本，在柴油动力和纯电动动力的情况底下，不论是现在，还是将来，重量都是最轻的，就是运输效率会提高。

　　所以因为这个原因，我们也跟福田一起合作，在研发35吨和49吨的重卡，这里面就有不同的版本，有采用高压气氢储氢的方案，也有液氢储氢的方案。我们学校重点是面向未来，所以我们就探索采用液氢储氢的方案。

　　两个500L的氢气瓶能够装60公斤左右的液氢，按照30吨级的重卡百公里的耗氢量应该是7公斤到8公斤左右，所以60公斤就能够跑五六百公里，是没有问题的，匀速的情况下，能超过800公里。这个配置就能够比较好地满足将来长途物流的方案。

　　去年9月8号，我们发布了液氢电动轮的重卡，把三项技术整合在一起，大功率的燃料电池发动机，液氢的储氢系统，再加上电动轮的电驱动桥。这个我们已经做出了样车，正在调试。

　　将来随着燃料电池系统的效率提高和驱动系统效率的提高，我这儿给大家算了一下，按照风阻系数0.55的情况下，36吨的重载车辆按照100公里/小时，它的氢耗应该是七点几公斤，这就可以大幅度降低氢耗。

　　还有一个版本，因为最近我们有一家企业推出了风阻系数是0.37的重卡，把风阻系数降下来，大家可以看到，再过五年左右，到2025年，燃料电池的系统效率可以做到60%，这是在部分符合的情况底下，如果按照这个来算，百公里耗氢量进入6公斤以内，燃料的成本就会显著的降低，这是我们将来发展的一个方向。

　　我认为这三个技术结合，会是未来商用车的发展的重要方向，我的报告就到这里，谢谢大家。