李建秋：新能源智能化商用车的发展现状和趋势

3月25日－27日，第八届电动汽车百人会论坛在北京召开，本届百人会论坛以“迎接新能源汽车市场化发展新阶段”为主题，就新能源汽车市场化发展新阶段政策调整、碳中和目标下国际合作与政策协同、下一代动力电池产业化及产业投资与创新等话题展开深度研讨。

其中在27日下午举办的以“商用车可持续发展论坛”为主题的论坛中，清华大学车辆与运载学院院长李建秋发表了演讲。

以下为演讲实录：

尊敬的各位专家和领导，大家下午好！我今天报告的题目是“新能源智能化商用车的发展现状和趋势”。我将从下面五个方面来做介绍。

第一是车辆运载行业的技术变革和发展趋势。

第二是商用车电驱动技术的发展现状。

第三是商用车电池快换系统的研发现状。

第四是氢能源电池商用车的技术研发现状。

第五是新能源商用车未来的发展趋势。

首先请看第一部分。

目前我们人类的每一次变革都重构了社会的形态。100多年前，内燃机车辆的诞生，使得人类的出行出现了汽车化，最近这10年由于电动、智能、网联技术的发展，使得我们国家的新能源智能化的汽车发展非常快，而在商用车这个领域，现在正成为热点。

车辆行业是整个我们国家的支撑公路、铁路、交通运输能力的重要保障。我们国家的公路、铁路运输占世界排名第一，车辆运输占全国99%的客运和84%的货运，总的来说，就是客运贡献率每年是1000亿人次，货运的贡献率每年是380亿吨的货运量。

同时，车辆行业也是保障我国能源安全和能源转型的重要途径。我们都知道，我们国家的石油对外依存度超过了70%，而其中接近48%的石油是用于道路交通的消耗。因此，减碳目标倒逼我们整个汽车行业也需要转型。

推动车辆全产业链创新与国民经济的动能转换是非常重要的。目前我们车辆行业面临的新的形势是，工业革命4.0叠加能源革命3.0，电动化、智能化、网联化和低碳化成为技术变革后面的推动力，引发了整个车辆产业的调整与重构，包括它的价值链的调整重构、创新链的调整与重构。这也使得我们汽车行业的人才培养从以机械为主到多学科交叉融合，从专业型到复合型，从单一学科到多学科交叉，呈现这样的融合发展的趋势。

那么汽车行业涉及到了众多的学科领域，涉及到动力、材料、机械以及电气、化工、电子电路、计算机、网络通讯等等，这些现在都在新能源智能汽车上得到了体现。比如说有车辆的系统动力学、也有车辆的动力系统学，还有车辆智能驾驶相关的领域。比如现在单车的有人驾驶，将来发展到单车的智能无人驾驶、车队的智能驾驶以及整个城市集群的智能驾驶系统。

同时，各个学科之间也在发展和融合。比如说动力系统跟底盘融合出现了滑板底盘的技术，自动驾驶跟底盘融合，形成了智能移动的办公环境，这些都使得车辆学科加快技术变革和发展。

下面我们汇报第二个部分，就是商用车电驱动的发展技术与研发现状。

那么商用车有不同的驱动形式，包括轮毂轮边驱动、集中驱动等等形式。目前国内外对这些形势进行了相关的研究，比如说现有的电驱动系统，它的电机通过减速器、传动轴，再通过主减、再到轮边减速器，综合的传动效率只有82.3%。那么由于轮毂电机技术的发展，目前就出现了轮毂电机直驱，就是不带减速器直驱的方案，也出现了带有一级减速器、两级减速器，甚至轮边电机带一级减速器驱动的方案，这些方案都已经有企业做了相关的电动化的改造。这是国外的像Axle Tech，他们取消了上齿轮，采用平行轴电机跟车桥的轴平行的驱动方案。这些现在慢慢地都开始产业化。

但是我们也在想，能不能直接利用现有的车桥，用电机，通过轮边减速一级到轮边这样的方案，所以我们提出了电动桥的概念。两个电机的电动桥现在的传动效率做到96%。其中的悬架自动机械接口，是兼容传统桥的，它具有很好的兼容性，也具有很高的可靠性，这个现在正在跟企业做产业化。这是我们的整体桥。同时，也可以看到，这样的桥在60—80公里的车速下面，电机工作效率可以到97%以上。这样的话，整个桥加电机的驱动效率，综合效率到93%和94%，比传统的82%的效率提高了10个百分点左右。

同时，我们也在思考另外一个问题，就是如何能够将电机从现在的中置方案，即电机放在桥的中间的方案，直接把它移到轮子里面去的轮毂电机的方案，这样的方案是否可行呢？我们也进行了相关的尝试。这是我们推出的基于轮毂电机的双胎的电动桥，它做到了轮边每一个轮子16000扭米的峰值扭矩，传动效率仍然可以保持在96%，载重量的扭矩密度、效率、成本都超过了国外的指标。

这些技术就使得我们在以电动轮和电动桥为核心的商用车的重载的电动化方面取得了新的进展。目前单轮的电动轮和整体的电动桥都已经开始配套客户做相关的产业化。比如说，这个是我们跟长春客车厂做的一个无轨电车，它用了6个轴、12个电动轮作为三节车厢，可以自由地实现转换。它是实现了不要轨道的有轨列车的性能，这个在国内现在也是第一辆。在商用车电驱动这一块，我们得到的结论，就是基于高效的电动轮和电动桥的技术，将会取代传统的集中驱动的电动桥技术或者电驱动技术，为什么呢？因为它的效率更高。

当然在此基础上我们也发展了基于商用车的整车的分层控制的架构。上层的转矩能够分配到多个驱动桥，并且多个驱动桥每一个轮子的滑移率能够实时地反馈和检测，实现分布式驱动的整车控制系统。这个整车控制系统能够很好地与动力、与柴油发电机、与燃油电池发电系统、与纯电动相匹配，并且进一步能够与上层的自动驾驶系统相结合。那么这是我们在电驱动这块的发展。

第三个方面，我们将介绍在电池快换这块的发展。

我们都知道，纯电动在短途小型的商用车上已经开始产业化。模块化的纯电动系统不仅可以快速地充电，也能够实现快速的换电。针对重载的商用车，为了实现快速的换电，我们也专门研发了相应的快换系统，它实现了购车的成本有效地降低。在运营的效率方面，由于只是换电，不需要在那儿等时间充电，运营效率也有效地提高。而且车辆如果不包括电池，销售成本也可以比较低。这套快换系统现在已经开始在国内推广应用。这些也都验证了目前众多的整车企业，像一汽、东风、上汽、重汽、福田等等，都开始做重卡换电的业务。

第四个方面，是进一步给大家详细介绍在长途的重载商用车领域占据主流技术趋势的氢能燃料电池商用车的发展现状和趋势。

目前都知道，国际上丰田、日野，还有美国的Nikola公司以及通用汽车，戴姆勒奔驰，韩国的现代。其中，戴姆勒奔驰推出了单车80公斤液氢的一次加氢能够续驶里程1000公里的液氢重卡，这个代表了长途物流领域的电动化取得了显著的进展。

那么我们这个团队也是长期聚焦燃料电池商用车的研究。目前我们也从事了液氢重卡相关的研发，并且培育了燃料电池商用车发动机的企业亿华通。

下面就轻型商用车和重型商用车分别开展介绍。首先，在轻型商用车方面，我们在年产2万台规模下，燃料电池的轻卡已经具备了跟柴油车竞争的实力。在重型商用车板块，我们重点是要突破800—1000公里以上的。因为500公里以下纯电动基本上已经可以商业化了，那么燃料电池的商用车主要是针对800—1000公里以上的重型的像49吨的半挂牵引车的商用化问题。为了解决这个问题，燃料电池还面临一些技术的瓶颈，这些瓶颈包括什么呢？储氢密度，就是车载储氢系统的储氢密度，第二个是燃料电池的耐久性、功率密度和成本，在这些方面我们开展了攻关。

下面对未来商用车发展的趋势进行一个初步的预测。

首先，燃料电池的寿命需要突破25000小时，做到整车的同寿命。其次，是整车的能效，尤其是散热需要突破，能够保证燃料电池发动机持续100公里/小时的散热能力。第三，是储氢系统，在5万套的产能下，要做到80公斤的储氢3万块钱。所以，这是我们三大关键技术。如果这三大关键技术得到突破，那么我们预计在2025年前后就能够实现燃料电池商用车的大规模产业化。

下面，来汇报具体的实现的技术路径。

首先第一个，要选择高效的燃料电池发动机，也就是说燃料电池发动机在正常工作时的效率要高达60%—65%。这就需要提高发电效率、降低空压机的能耗，同时电堆的功率密度要保证在一个适当的范围。

当前我们国家的燃料电池膜电极的水平是，大概在0.8V的时候能够发0.4—0.5安倍/平方厘米的电流密度。将来通过材料的改进，希望能够做到0.8V能够发1安培/平方厘米的电流密度。同时，在耐久性方面，我们将突破一系列的耐久性的技术，到2025年将实现2万—2万5千小时的耐久性，也就是能够实现跟整车同寿命。

在整车的散热方面，我们将持续地推动整车的能耗的下降。这里主要是四项关键技术：第一，是把整车的迎风面积和风阻系数有效地降低。这个前面已经介绍了，就是通过高效的电动化的技术，能够使得电传动的效率提高10%，相应对燃料电池的发动机效率也会降低。其次，是通过整车的风阻系数的下降。比如说现在的平头车大概0.55左右的风阻系数，将来可以降到0.35，降到0.35之后将来还可以进一步下降到0.2几。现在轿车方面，有很多电动化的新能源轿车风阻系数已经降到0.2几了。

第三项技术是智能网联的技术。通过这个技术，我们在这儿举一个例子，智能网联的技术能够带来什么好处呢？在高速公路上，如果两辆车连着开，比如说它们的间距可以0.5米、2米、4米或者8米。在这里展示了，当车和车之间的距离是4米时，两辆车连着开，第一辆车能够比单个车开节省18.9%的风阻系数，第二辆车能够节省75%的风阻系数，那两辆车综合下来平均节能超过10%。通过这样的技术，也就是说通过智能化车队的技术，能够显著地节省在长途高速的工况下重载车辆的能耗。

通过这个技术，比如说三辆车连在一起开时，它的能耗仅仅是每一辆车单独开的75%，也就是节能效率可以达到25%以上。通过这样的技术，大幅度降低了燃料电池发动机整车的功率，从而解决了整车散热的问题。那么我们预计，到2025年前后，如果把重卡的风阻系数降到0.35，燃料电池的效率从现在的45%提高到52%，那么由于队列驾驶和智能驾驶的技术，在每百公里的每小时时速下，单车的能耗将从现在的13.87公斤下降到队列驾驶环境下的6.8公斤。也就是说原来的14公斤氢现在能够跑原来的2倍的航程，就是续驶里程提高100%，这是非常显著的。所以商用车目前面临着技术变革，而这个技术变革是未来推动新能源智能商用车发展的基础。

最后一点，在储氢方面，储氢成本将会取得明显的突破，也就是跟LNG一样。一个80公斤的液氢的储氢罐，在5万套的量产的情况底下，成本只需要3万块钱人民币，就跟现在LNG的成本是一样的。通过这样的技术，能够大幅度地降低整车的成本，从而实现燃料电池智能的商用车的产业化。那么预计，将来我们国家2025年—2030年之间，燃料电池重卡就会迎来爆发式的增长。

这个也是我们今天报告的主体内容。我就报告这些，谢谢大家。

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