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      新能源電動貨車技術未來發展,會有什么樣的趨勢

      文章出處:宇軒車業 | 作者:宇軒車業 | 發表時間:2022-11-07

        新能源汽車是國家雙碳戰略實施的重點轉型領域之一,其中包含了很多類型,像新能源電動貨車、新能源商務車等,新能源電動貨車一直是業界關注和突破的重點,而貨車種類繁多,應用場景也大相徑庭。因此,有需要從場景化、零排放、智能化、網聯化、共享化的角度探討商用車,洞悉新能源電動貨車的技術發展趨勢,接下來看看相關內容。


        作為長途運輸、港口運輸、市政專用車、城市交通、短途運輸和城市物流的重要工具模型,新能源率仍然較低。由于物流效率的要求,用戶對新能源貨車的綜合性能提出了更高的要求,比如續航長、充電快、動力強勁、可靠性高、能耗低,甚至性價比。因此,判斷新能源重卡與現場有區別。中短期內,長途運輸重卡將在純電、換電、氫燃料技術路線等多種新能源技術路線并存的情況下發展。但從氫燃料的長期趨勢來看,燃料將是新能源重卡的形態。對于港口的交通、市政專用車、城市專用車、短途重卡、城市物流車,純電依然是技術路線的主導,對續航的需求不那么旺盛。


        一、就氫燃料電池本身的技術趨勢而言,貨車的關鍵技術趨勢有3個。


        (1) >250KW大功率電堆系統


        隨著電堆價格的下降,大功率燃料電池系統可以幫助減少電池使用量,同時滿足重型貨車的電力需求。例如,奔馳GenH2氫燃料重卡采用兩個150KW的燃料電池堆,燃料電池系統出力可達300KW。


        (2)金屬雙極板的應用


        氫燃料重型貨車應用目前依靠石墨雙極板堆來實現壽命和效率的結合,但石墨雙極板的功率密度有上限。未來3-5年,隨著重卡對功率和功率密度要求的提高,金屬雙極板壽命短的問題逐漸被克服,重卡電堆的金屬雙極板將逐漸增多,體積功率堆棧密度預計將比目前的增加,3-3.5KW/L增加到7-8KW/L。


        (3) 推進高壓液氫儲存系統


        目前,氫燃料電池汽車主要使用III型鋁內襯35MPa儲氫罐。未來三年,仍以氣態儲氫罐為主的車用儲氫罐將從III型35MPa向IV型70MPa氣態儲氫罐過渡。


        二、就純電動本身的技術趨勢而言,新能源電動貨車有五個關鍵技術趨勢。


        (1) 800V車用高壓電氣平臺


        目前純電動重卡以400-600V系列(電機額定電壓)為主,存在充電速度慢的問題,影響純電動重卡的推廣使用。通過增加車輛兩端的電壓可以提高充電效率。為了提高整車的充電功率,技術手段有加大充電電流或提高充電電壓。然而,大電流快速充電會使產生的熱量翻倍,外圍設備成為瓶頸。同時,充電線又粗又重,不便于實際組裝和輕量化設計。因此,提高電壓成為一種比較流行的增加功率的手段,而提高充電電壓提供了更多的設計自由度,直接促進了從400V電壓平臺到800V電壓平臺的轉換。為快速充電供電的一種方法。切換800V高壓電動平臺可將充電時間縮短一半。比如250A的并流能力,400V只能支持1C充電,而800V可以支持3C充電。 500A并流能力,400V只能支持3C充電,800V可以支持6C充電。 800V高壓方式比400V方式使用更少的充電電流,減少電池損耗、線束損耗、充電樁損耗,實現節能充電。


        但是,如果800V電壓平臺電車可以使用之前的400V直流快速充電樁,則需要額外增加一個DC/DC轉換器。動力電池只有在車輛完成升壓并達到800V或更高時才能充電。與車輛原始高壓電氣架構中的高壓系統直接連接的子系統組件,以及可能的新 DC/DC 升壓組件??刂破鳎?、電力系統(DC/DC、OBC、PDU)以及車輛中的空調壓縮機和加熱系統需要改進的組件壓力額定值。這些子系統元器件從400V平臺升級到800V平臺后,所使用的元器件和材料分別是電纜、連接器、繼電器、保險絲、電容、電阻、電感和功率半導體,需要升壓到 800V 或更高。


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        (2) 集成電驅動橋總成


        目前,新能源輕型商用車正在逐步開始將集成電驅動橋商業化,但主要是由于直驅對車輛平臺的改動較少,研發投入較少,重卡仍以中間直驅模式為主,即不是很有效的傳動方式,而且占用更多的底盤空間。未來,新能源汽車底盤將進一步采用電驅動橋的傳動方式。一體化設計為電池和儲氫系統騰出更多底盤空間,減輕整車重量,提高傳動效率。高開發成本和可靠性挑戰。綜合電橋方面,國內廠家主要采用平行式或同軸式,而國外主要廠家主要采用立式。從技術難點來看,國產平行和同軸電驅動橋未來主要以商品化為主。同時,為了提高電驅動的效率和集成度,進一步提高了電機的功率密度,以滿足更好的集成要求,例如集成到車輪和輪轂中??梢愿倪M和小型電機可以實現。


        (3) 高功率密度發夾扁線電機


        目前,對整車電驅動系統的主要要求包括高效率、高功率密度、低噪音、高集成度和低成本。與圓線電機相比,高功率密度發夾扁線電機完全滿足上述要求。


        如您所知,永磁同步電機主要由定子零件、轉子零件和其他輔助零件組成,定子零件是決定電機性能的關鍵,定子鐵芯、繞組由引線、導線和絕緣組成.所謂扁線電機,即定子繞組采用扁銅線。首先,將繞組塑造成類似于發夾的形狀,將它們穿過定子槽,然后將發夾的一端焊接到另一端。通過使用扁線,槽位占用率(線圈[敏感詞]槽內后槽內的占用率)可提高20%~30%。一般來說,槽滿率越高,線圈中的導線越多,產生的磁場越強,電機功率越大,體積越緊湊,節省的材料就越多。對于同樣的體積,扁線電機可以連接更多的定子繞組,所以在相同損耗的情況下,扁線電機可以輸出更高的功率和扭矩。整車體現的扁平線電機,提高了加速性能,降低了噪音,大大提升了整車性能。與傳統圓線電機相比,扁線電機可降低有效材料成本8%~12%??紤]到車輛性能和功耗的優勢,扁線電機可以降低15%左右的成本。


        但是,扁銅線繞制的制造工藝非常復雜。導線需要首先呈發夾狀,然后自動[敏感詞]定子鐵芯的槽中,然后將末端絞合并焊接。與圓線電機相比,扁線電機不能手工制造。高效的量產需要建立自動化生產線,生產線和設備的投資比較大。


        (4) 第三代半導體電機控制器


        第三代半導體電機控制器是確保電力驅動系統高效、高速和高密度的關鍵部件。與常用的 Si、SiC 材料相比,具有 3 倍帶隙場強、10 倍臨界擊穿場強、2 倍電子飽和漂移率和 3 倍熱導率的優勢。它具有更高的頻率和更高的效率、耐高壓、耐高溫等。從基于 Si 的設備切換到基于 SiC 的設備可以顯著減少控制器的體積和重量,體積功率密度達到 40kW/L 以上,峰值效率超過 99%。相關測試結果分析表明,與Si基元件相比,采用SiC材料的控制器元件將控制器體積縮小1/5,重量減輕35%,功率損耗從20%降低到5%。并且效率超過 99%。整車續航里程提升5%以上,社會經濟效益相當明顯。


        (5) 自動化與智能化


        自動駕駛系統的結構可以分為識別層、決策層和執行層。其中,感官層帶動的市場增長主要得益于傳感器。隨著自動駕駛水平的提高,車輛所需的傳感器數量也在增加。此外,商用車所需的更長感應距離和更全的車身環境定位也迫使傳感器精度和穩定性提高。自動駕駛水平越高,對決策芯片的計算能力要求也越高。商用車輛由于質量和體積大、反應慢、轉彎半徑大、重量差異大(取決于其有效載荷),因此難以操縱。因此,在決策層面需要更有針對性的算法。


        商用車生產材料特性要求低成本、高安全性、高可靠性,而ADAS和先進的自動駕駛技術可以輕松實現商用車的大規模商業化。商用車主動安全系統提供商,結合外部合作和自主研發,加速技術積累,逐步升級關鍵自動駕駛技術,化解潛在風險。我們走技術路線。因此,要滿足L2級輔助駕駛,系統需要分布式控制架構,水平和垂直獨立控制,接受外部控制請求,駕駛員冗余,無法終止電控系統。為滿足L3級輔助駕駛,系統采用分布式控制架構。橫向和縱向獨立控制、接受外部控制請求、CANFD、雙后備控制電源通信、降級故障功能、功能安全ASILD等功能。為滿足L3級輔助駕駛,系統包括分布式控制架構、水平垂直獨立控制、可接受的外部控制請求、CANFD、控制電源通信雙備份、降級故障功能、功能安全ASILD等功能。為支持L4級自動駕駛,系統需要具備底盤域控制架構、橫向和縱向獨立控制、縱向半主動控制、感知決策執行、以太網、降低系統故障能力、功能安全ASIL D和OTA能力。為滿足L5級全自動駕駛,系統需要域融合控制、水平、垂直和垂直融合控制、感知決策執行、以太網、全損傷、功能安全ASIL D和OTA等特性。


        未來隨著新能源電動貨車的大規模普及,成本會不斷下降,性能會更好。汽車企業如何強調自己的技術優勢,將決定他們能否將新能源汽車行業的浪潮笑到后面。

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