2022年3月25日，第八屆中國(guó)電動(dòng)汽車(chē)百人會(huì)論壇在線上正式召開(kāi)，會(huì)期為3月25日-27日。圍繞“迎接新能源汽車(chē)市場(chǎng)化發(fā)展新階段”主題，開(kāi)設(shè)14場(chǎng)會(huì)議，聚焦行業(yè)熱點(diǎn)，探索發(fā)展趨勢(shì)。

　　2022年3月27日，在高層論壇上，清華大學(xué)車(chē)輛與運(yùn)載學(xué)院院長(zhǎng)李建秋發(fā)表了演講，以下是演講摘要：

　　李建秋 清華大學(xué)車(chē)輛與運(yùn)載學(xué)院院長(zhǎng)

　　尊敬的各位專家和領(lǐng)導(dǎo)，大家下午好!我今天報(bào)告的題目是“新能源智能化商用車(chē)的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì)”。我將從下面五個(gè)方面來(lái)做介紹。

　　第一是車(chē)輛運(yùn)載行業(yè)的技術(shù)變革和發(fā)展趨勢(shì)。

　　第二是商用車(chē)電驅(qū)動(dòng)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀。

　　第三是商用車(chē)電池快換系統(tǒng)的研發(fā)現(xiàn)狀。

　　第四是氫能源電池商用車(chē)的技術(shù)研發(fā)現(xiàn)狀。

　　第五是新能源商用車(chē)未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。

　　首先請(qǐng)看第一部分。

　　目前我們?nèi)祟惖拿恳淮巫兏锒贾貥?gòu)了社會(huì)的形態(tài)。100多年前，內(nèi)燃機(jī)車(chē)輛的誕生，使得人類得出行出現(xiàn)了汽車(chē)化，最近這10年由于電動(dòng)、智能、網(wǎng)聯(lián)技術(shù)的發(fā)展，使得我們國(guó)家的新能源智能化的汽車(chē)發(fā)展非?？欤谏逃密?chē)這個(gè)領(lǐng)域，現(xiàn)在正成為熱點(diǎn)。

　　車(chē)輛行業(yè)是整個(gè)我們國(guó)家的支撐公路、鐵路、交通運(yùn)輸能力的重要保障。我們國(guó)家的公路、鐵路運(yùn)輸占世界排名第一，車(chē)輛運(yùn)輸占全國(guó)99%的客運(yùn)和84%的貨運(yùn)，總的來(lái)說(shuō)，就是客運(yùn)貢獻(xiàn)率每年是1000億人次，貨運(yùn)的貢獻(xiàn)率每年是380億噸的貨運(yùn)量。

　　同時(shí)，車(chē)輛行業(yè)也是保障我國(guó)能源安全和能源轉(zhuǎn)型的重要途徑。我們都知道，我們國(guó)家的石油對(duì)外依存度超過(guò)了70%，而其中接近48%的石油是用于道路交通的消耗。因此，減碳目標(biāo)倒逼我們整個(gè)汽車(chē)行業(yè)也需要轉(zhuǎn)型。

　　推動(dòng)車(chē)輛全產(chǎn)業(yè)鏈創(chuàng)新與國(guó)民經(jīng)濟(jì)的動(dòng)能轉(zhuǎn)換是非常重要的。目前我們車(chē)輛行業(yè)面臨的新的形勢(shì)是，工業(yè)革命4.0疊加能源革命3.0，電動(dòng)化、智能化、網(wǎng)聯(lián)化和低碳化成為了技術(shù)變革后面的推動(dòng)力，引發(fā)了整個(gè)車(chē)輛產(chǎn)業(yè)的調(diào)整與重構(gòu)，包括它的價(jià)值鏈的調(diào)整重構(gòu)、創(chuàng)新鏈的調(diào)整與重構(gòu)。這也使得我們汽車(chē)行業(yè)的人才培養(yǎng)從以機(jī)械為主到多學(xué)科交叉融合，從專業(yè)型到復(fù)合型，從單一學(xué)科到多學(xué)科交叉，呈現(xiàn)這樣的融合發(fā)展的趨勢(shì)。

　　那么汽車(chē)行業(yè)涉及到了眾多的學(xué)科領(lǐng)域，涉及到動(dòng)力、材料、機(jī)械以及電氣、化工、電子電路、計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)通訊等等，這些現(xiàn)在都在新能源智能汽車(chē)上得到了體現(xiàn)。比如說(shuō)有車(chē)輛的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)、也有車(chē)輛的動(dòng)力系統(tǒng)學(xué)，還有車(chē)輛智能駕駛相關(guān)的領(lǐng)域。比如現(xiàn)在單車(chē)的有人駕駛，將來(lái)發(fā)展到單車(chē)的智能無(wú)人駕駛、車(chē)隊(duì)的智能駕駛以及整個(gè)城市集群的智能駕駛系統(tǒng)。

　　同時(shí)，各個(gè)學(xué)科之間也在發(fā)展和融合。比如說(shuō)動(dòng)力系統(tǒng)跟底盤(pán)融合出現(xiàn)了滑板底盤(pán)的技術(shù)，自動(dòng)駕駛跟底盤(pán)融合，形成了智能移動(dòng)的辦公環(huán)境，這些都使得車(chē)輛學(xué)科加快技術(shù)變革和發(fā)展。

　　下面我們匯報(bào)第二個(gè)部分，就是商用車(chē)電驅(qū)動(dòng)的發(fā)展技術(shù)與研發(fā)現(xiàn)狀。

　　那么商用車(chē)有不同的驅(qū)動(dòng)形式，包括輪轂輪邊驅(qū)動(dòng)、集中驅(qū)動(dòng)等等形式。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)這些形勢(shì)進(jìn)行了相關(guān)的研究，比如說(shuō)現(xiàn)有的電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，它的電機(jī)通過(guò)減速器、傳動(dòng)軸，再通過(guò)主減、再到輪邊減速器，綜合的傳動(dòng)效率只有82.3%。那么由于輪轂電機(jī)技術(shù)的發(fā)展，目前就出現(xiàn)了輪轂電機(jī)直驅(qū)，就是不帶減速器直驅(qū)的方案，也出現(xiàn)了帶有一級(jí)減速器、兩級(jí)減速器，甚至輪邊電機(jī)帶一級(jí)減速器驅(qū)動(dòng)的方案，這些方案都已經(jīng)有企業(yè)做了相關(guān)的電動(dòng)化的改造。這是國(guó)外的像Axle Tech，他們?nèi)∠松淆X輪，采用平行軸電機(jī)跟車(chē)橋的軸平行的驅(qū)動(dòng)方案。這些現(xiàn)在慢慢的都開(kāi)始產(chǎn)業(yè)化。

　　但是我們也在想，能不能直接利用現(xiàn)有的車(chē)橋，用電機(jī)，通過(guò)輪邊減速一級(jí)到輪邊這樣的方案，所以我們提出了電動(dòng)橋的概念。兩個(gè)電機(jī)的電動(dòng)橋現(xiàn)在的傳動(dòng)效率做到96%。其中的懸架自動(dòng)機(jī)械接口，是兼容傳統(tǒng)橋的，它具有很好的兼容性，也具有很高的可靠性，這個(gè)現(xiàn)在正在跟企業(yè)做產(chǎn)業(yè)化。這是我們的整體橋。同時(shí)，也可以看到，這樣的橋在60—80公里的車(chē)速下面，電機(jī)工作效率可以到97%以上。這樣的話，整個(gè)橋加電機(jī)的驅(qū)動(dòng)效率，綜合效率到93%和94%，比傳統(tǒng)的82%的效率提高了10個(gè)百分點(diǎn)左右。

　　同時(shí)，我們也在思考另外一個(gè)問(wèn)題，就是如何能夠?qū)㈦姍C(jī)從現(xiàn)在的中置方案，即電機(jī)放在橋的中間的方案，直接把它移到輪子里面去的輪轂電機(jī)的方案，這樣的方案是否可行呢?我們也進(jìn)行了相關(guān)的嘗試。這是我們推出的基于輪轂電機(jī)的雙胎的電動(dòng)橋，它做到了輪邊每一個(gè)輪子16000扭米的峰值扭矩，傳動(dòng)效率仍然可以保持在96%，在重量的扭矩密度、效率、成本都超過(guò)了國(guó)外的指標(biāo)。

　　這些技術(shù)就使得我們?cè)谝噪妱?dòng)輪和電動(dòng)橋?yàn)楹诵牡纳逃密?chē)的重載的電動(dòng)化方面取得了新的進(jìn)展。目前單輪的電動(dòng)輪和整體的電動(dòng)橋都已經(jīng)開(kāi)始配套客戶做相關(guān)的產(chǎn)業(yè)化。比如說(shuō)，這個(gè)是我們跟長(zhǎng)春客車(chē)廠做的一個(gè)無(wú)軌電車(chē)，它用了6個(gè)軸、12個(gè)電動(dòng)輪作為三節(jié)車(chē)廂，可以自由的實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換。它是實(shí)現(xiàn)了不要軌道的有軌列車(chē)的性能，這個(gè)在國(guó)內(nèi)現(xiàn)在也是第一輛。在商用車(chē)電驅(qū)動(dòng)這一塊，我們得到的結(jié)論，就是基于高效的電動(dòng)輪和電動(dòng)橋的技術(shù)，將會(huì)取代傳統(tǒng)的集中驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)橋技術(shù)或者電驅(qū)動(dòng)技術(shù)，為什么呢?因?yàn)樗男矢摺?/p>

　　當(dāng)然在此基礎(chǔ)上我們也發(fā)展了基于商用車(chē)的整車(chē)的分層控制的架構(gòu)。上層的轉(zhuǎn)矩能夠分配到多個(gè)驅(qū)動(dòng)橋，并且多個(gè)驅(qū)動(dòng)橋每一個(gè)輪子的滑移率能夠?qū)崟r(shí)的反饋和檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)分布式驅(qū)動(dòng)的整車(chē)控制系統(tǒng)。這個(gè)整車(chē)控制系統(tǒng)能夠很好地與動(dòng)力、與柴油發(fā)電機(jī)、與燃油電池發(fā)電系統(tǒng)、與純電動(dòng)相匹配，并且進(jìn)一步能夠與上層的自動(dòng)駕駛系統(tǒng)相結(jié)合。那么這是我們?cè)陔婒?qū)動(dòng)這塊的發(fā)展。

　　第三個(gè)方面，我們將介紹在電池快換這塊的發(fā)展。

　　我們都知道，純電動(dòng)在短途小型的商用車(chē)上已經(jīng)開(kāi)始產(chǎn)業(yè)化。模塊化的純電動(dòng)系統(tǒng)不僅可以快速的充電，也能夠?qū)崿F(xiàn)快速的換電。針對(duì)重載的商用車(chē)，為了實(shí)現(xiàn)快速的換電，我們也專門(mén)研發(fā)了相應(yīng)的快換系統(tǒng)，它實(shí)現(xiàn)了購(gòu)車(chē)的成本有效的降低。在運(yùn)營(yíng)的效率方面，由于只是換電，不需要在那兒等時(shí)間充電，運(yùn)營(yíng)效率也有效地提高。而且車(chē)輛如果不包括電池，銷(xiāo)售成本也可以比較低。這套快換系統(tǒng)現(xiàn)在已經(jīng)開(kāi)始在國(guó)內(nèi)推廣應(yīng)用。這些也都驗(yàn)證了目前眾多的整車(chē)企業(yè)，像一汽、東風(fēng)、上汽、重汽、福田等等，都開(kāi)始做重卡換電的業(yè)務(wù)。

　　第四個(gè)方面，是進(jìn)一步給大家詳細(xì)介紹在長(zhǎng)途的重載商用車(chē)領(lǐng)域占據(jù)主流技術(shù)趨勢(shì)的氫能燃料電池商用車(chē)的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì)。

　　目前都知道，國(guó)際上豐田、日野，還有美國(guó)的Nikola公司以及通用汽車(chē)，戴姆勒奔馳，韓國(guó)的現(xiàn)代。其中，戴姆勒奔馳推出了單車(chē)80公斤液氫的一次加氫能夠續(xù)駛里程1000公里的液氫重卡，這個(gè)代表了長(zhǎng)途物流領(lǐng)域的電動(dòng)化取得了顯著的進(jìn)展。

　　那么我們這個(gè)團(tuán)隊(duì)也是長(zhǎng)期聚焦燃料電池商用車(chē)的研究。目前我們也從事了液氫重卡相關(guān)的研發(fā)，并且培育了燃料電池商用車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的企業(yè)億華通。

　　下面就輕型商用車(chē)和重型商用車(chē)分別開(kāi)展介紹。首先，在輕型商用車(chē)方面，我們?cè)谀戤a(chǎn)2萬(wàn)臺(tái)規(guī)模下，燃料電池的輕卡已經(jīng)具備了跟柴油車(chē)競(jìng)爭(zhēng)的實(shí)力。在重型商用車(chē)板塊，我們重點(diǎn)是要突破800—1000公里以上的。因?yàn)?00公里以下純電動(dòng)基本上已經(jīng)可以商業(yè)化了，那么燃料電池的商用車(chē)主要是針對(duì)800—1000公里以上的重型的像49噸的半掛牽引車(chē)的商用化問(wèn)題。為了解決這個(gè)問(wèn)題，燃料電池還面臨一些技術(shù)的瓶頸，這些瓶頸包括什么呢?儲(chǔ)氫密度，就是車(chē)載儲(chǔ)氫系統(tǒng)的儲(chǔ)氫密度，第二個(gè)是燃料電池的耐久性、功率密度和成本，在這些方面我們開(kāi)展了攻關(guān)。

　　下面對(duì)未來(lái)商用車(chē)發(fā)展的趨勢(shì)進(jìn)行一個(gè)初步的預(yù)測(cè)。

　　首先，燃料電池的壽命需要突破25000小時(shí)，做到整車(chē)的同壽命。其次，是整車(chē)的能效，尤其是散熱需要突破，能夠保證燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)持續(xù)100公里/小時(shí)的散熱能力。第三，是儲(chǔ)氫系統(tǒng)，在5萬(wàn)套的產(chǎn)能下，要做到80公斤的儲(chǔ)氫3萬(wàn)塊錢(qián)。所以，這是我們?nèi)箨P(guān)鍵技術(shù)。如果這三大關(guān)鍵技術(shù)得到突破，那么我們預(yù)計(jì)在2025年前后就能夠?qū)崿F(xiàn)燃料電池商用車(chē)的大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化。

　　下面，來(lái)匯報(bào)具體的實(shí)現(xiàn)的技術(shù)路徑。

　　首先第一個(gè)，要選擇高效的燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)，也就是說(shuō)燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)在正常工作時(shí)的效率要高達(dá)60%—65%。這就需要提高發(fā)電效率、降低空壓機(jī)的能耗，同時(shí)電堆的功率密度要保證在一個(gè)適當(dāng)?shù)姆秶?/p>

　　當(dāng)前我們國(guó)家的燃料電池膜電極的水平是，大概在0.8V的時(shí)候能夠發(fā)0.4—0.5安倍/平方厘米的電流密度。將來(lái)通過(guò)材料的改進(jìn)，希望能夠做到0.8V能夠發(fā)1安培/平方厘米的電流密度。同時(shí)，在耐久性方面，我們將突破一系列的耐久性的技術(shù)，到2025年將實(shí)現(xiàn)2萬(wàn)—2萬(wàn)5千小時(shí)的耐久性，也就是能夠?qū)崿F(xiàn)跟整車(chē)同壽命。

　　在整車(chē)的散熱方面，我們將持續(xù)的推動(dòng)整車(chē)的能耗的下降。這里主要是四項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)：第一，是把整車(chē)的迎風(fēng)面積和風(fēng)阻系數(shù)有效的降低。這個(gè)前面已經(jīng)介紹了，就是通過(guò)高效的電動(dòng)化的技術(shù)，能夠使得電傳動(dòng)的效率提高10%，相應(yīng)對(duì)燃料電池的發(fā)動(dòng)機(jī)效率也會(huì)降低。其次，是通過(guò)整車(chē)的風(fēng)阻系數(shù)的下降。比如說(shuō)現(xiàn)在的平頭車(chē)大概0.55左右的風(fēng)阻系數(shù)，將來(lái)可以降到0.35，降到0.35之后將來(lái)還可以進(jìn)一步下降到0.2幾?，F(xiàn)在轎車(chē)方面，有很多電動(dòng)化的新能源轎車(chē)風(fēng)阻系數(shù)已經(jīng)降到0.2幾了。

　　第三項(xiàng)技術(shù)是智能網(wǎng)聯(lián)的技術(shù)。通過(guò)這個(gè)技術(shù)，我們?cè)谶@兒舉一個(gè)例子，智能網(wǎng)聯(lián)的技術(shù)能夠帶來(lái)什么好處呢?在高速公路上，如果兩輛車(chē)連著開(kāi)，比如說(shuō)它們的間距可以0.5米、2米、4米或者8米。在這里展示了，當(dāng)車(chē)和車(chē)之間的間距是4米時(shí)，兩輛車(chē)連著開(kāi)，第一輛車(chē)能夠比單個(gè)車(chē)開(kāi)節(jié)省18.9%的風(fēng)阻系數(shù)，第二輛車(chē)能夠節(jié)省75%的風(fēng)阻系數(shù)，那兩輛車(chē)綜合下來(lái)平均節(jié)能超過(guò)10%。通過(guò)這樣的技術(shù)，也就是說(shuō)通過(guò)智能化車(chē)隊(duì)的技術(shù)，能夠顯著的節(jié)省在長(zhǎng)途高速的工況下重載車(chē)輛的能耗。

　　通過(guò)這個(gè)技術(shù)，比如說(shuō)三輛車(chē)連在一起開(kāi)時(shí)，它的能耗僅僅是每一輛車(chē)單獨(dú)開(kāi)的75%，也就是節(jié)能效率可以達(dá)到25%以上。通過(guò)這樣的技術(shù)，大幅度降低了燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)整車(chē)的功率，從而解決了整車(chē)散熱的問(wèn)題。那么我們預(yù)計(jì)，到2025年前后，如果把重卡的風(fēng)阻系數(shù)降到0.35，燃料電池的效率從現(xiàn)在的45%提高到52%，那么由于隊(duì)列駕駛和智能駕駛的技術(shù)，在每百公里的每小時(shí)時(shí)速下，單車(chē)的能耗將從現(xiàn)在的13.87公斤下降到隊(duì)列駕駛環(huán)境下的6.8公斤。也就是說(shuō)原來(lái)的14公斤氫現(xiàn)在能夠跑原來(lái)的2倍的航程，就是續(xù)駛里程提高100%，這是非常顯著的。所以商用車(chē)目前面臨著技術(shù)變革，而這個(gè)技術(shù)變革是未來(lái)推動(dòng)新能源智能商用車(chē)發(fā)展的基礎(chǔ)。

　　最后一點(diǎn)，在儲(chǔ)氫方面，儲(chǔ)氫成本將會(huì)取得明顯的突破，也就是跟LNG一樣。一個(gè)80公斤的液氫的儲(chǔ)氫罐，在5萬(wàn)套的量產(chǎn)的情況底下，成本只需要3萬(wàn)塊錢(qián)人民幣，就跟現(xiàn)在LNG的成本是一樣的。通過(guò)這樣的技術(shù)，能夠大幅度地降低整車(chē)的成本，從而實(shí)現(xiàn)燃料電池智能的商用車(chē)的產(chǎn)業(yè)化。那么預(yù)計(jì)，將來(lái)我們國(guó)家2025年—2030年之間，燃料電池重卡就會(huì)迎來(lái)爆發(fā)式的增長(zhǎng)。

　　這個(gè)也是我們今天報(bào)告的主體內(nèi)容。我就報(bào)告這些，謝謝大家！