歐陽(yáng)明高：新能源重卡技術(shù)路徑分析與展望

2023年3月28日-29日，首屆中國(guó)商用車論壇在湖北十堰舉辦。本屆論壇由中國(guó)汽車工業(yè)協(xié)會(huì)、湖北省經(jīng)信廳、東風(fēng)公司和十堰市人民政府共同主辦，以“應(yīng)變 求變 謀變——共創(chuàng)商用車發(fā)展新局面”為主題，共設(shè)“1場(chǎng)閉門峰會(huì)+1個(gè)大會(huì)論壇+4個(gè)主題論壇”，旨在聯(lián)合能源、交通、信息等各方力量，共同探討商用車產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢(shì)，推動(dòng)商用車高質(zhì)量發(fā)展。其中，在3月29日舉辦的“開幕式暨大會(huì)論壇”上，中國(guó)科學(xué)院院士、清華大學(xué)教授歐陽(yáng)明高發(fā)表精彩演講。以下內(nèi)容為現(xiàn)場(chǎng)發(fā)言實(shí)錄：

尊敬的各位政府領(lǐng)導(dǎo)，各位商用車界的老總，還有各位汽車研發(fā)界的同行大家上午好！我演講的題目是“新能源重卡技術(shù)路徑分析與展望”。分四個(gè)部分。

首先，新能源重卡的發(fā)展背景。大家可以看一下2022年，新能源乘用車市占率達(dá)到25%，商用車相對(duì)比較低，重卡就更低了，所以從目前新能源發(fā)展的形勢(shì)來(lái)看，重卡是最后的堡壘。

新能源重卡有三條技術(shù)路線。第一是純電動(dòng)重卡，包括充電重卡和換電重卡，充電又分為快充（300千瓦以上）和超級(jí)快充（兆瓦級(jí)的充電-1000千瓦以上）。目前總體看只有三條技術(shù)路線：第一，就是換電。第二是氫燃料電池重卡，第三，就是零碳內(nèi)燃機(jī)混合動(dòng)力重卡，其中零碳內(nèi)燃機(jī)包括氫內(nèi)燃機(jī)、甲醇內(nèi)然機(jī)，還有生物柴油內(nèi)燃機(jī)等。下面分別對(duì)這三條技術(shù)路線來(lái)講一下我們的研發(fā)實(shí)踐和對(duì)發(fā)展趨勢(shì)的看法。

一、純電動(dòng)重卡

先看一下純電重卡中的快充、超充站和換電站的成本比較，超充站的投資其實(shí)是比換電更高的，當(dāng)然快充的比較低，但是它很慢。當(dāng)站點(diǎn)利用率低的時(shí)候不怕慢，這個(gè)時(shí)候快充有優(yōu)勢(shì)。但是一旦利用率上來(lái)之后，換電就是最好的。按150萬(wàn)公里壽命計(jì)算，由于油電差價(jià)大于電池投資成本和充電時(shí)間成本之和，換電重卡的綜合噸公里成本低于柴油重卡換電的綜合噸公里運(yùn)行成本。換電相比于快充和超充補(bǔ)電時(shí)間最短，噸公里車輛運(yùn)行成本最低。站利用率提高到40%及以上，換電模式下站投資和電池投資噸公里成本下降，車站總噸公里成本最低。 換電重卡與柴油重卡經(jīng)濟(jì)性比較，我們可以看一下在鄂爾多斯運(yùn)煤場(chǎng)景下的具體數(shù)據(jù)：換電重卡賣車不賣電池，換電重卡車價(jià)與柴油車價(jià)差不多，但是換電重卡維修費(fèi)用很低，大家知道我們電動(dòng)車型的一大好處就是維修費(fèi)用低，如果大家開過新能源轎車深有體會(huì)，幾年不用去維修站，所以它總的持有成本是比柴油重卡要低6萬(wàn)。從使用成本看，在柴油價(jià)格6.3元/升時(shí)，干線運(yùn)輸能耗成本年節(jié)省5.2萬(wàn)，短倒運(yùn)輸能耗成本相對(duì)來(lái)說(shuō)節(jié)省得少一點(diǎn)，因?yàn)檠b卸貨時(shí)間偏長(zhǎng)，年節(jié)省約1.5萬(wàn)。

大家擔(dān)心如何換？現(xiàn)在有兩種換法，一種就是機(jī)器人側(cè)抓側(cè)換式，還有一種是頂抓側(cè)換式。現(xiàn)在新一代的電池是可以兼容兩種換法的，即側(cè)抓頂抓兼容車載換電系統(tǒng)。我的團(tuán)隊(duì)創(chuàng)業(yè)企業(yè)智鋰物聯(lián)開發(fā)的輕量化高耐久車載換電系統(tǒng)可以同時(shí)適應(yīng)這兩種換法，是一種側(cè)抓頂抓兼容車載換電系統(tǒng)。

為了在全國(guó)公路干線推廣普及換電重卡，我們還在做三件事：第一就是實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通的換電標(biāo)準(zhǔn)，發(fā)起成立了中國(guó)換電重卡聯(lián)盟，聯(lián)盟秘書長(zhǎng)李立國(guó)牽頭編寫了換電電氣接口和換電機(jī)構(gòu)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)即將發(fā)布。推動(dòng)龍頭企業(yè)啟源芯動(dòng)力、玖行能源和智鋰物聯(lián)等開展互換性換電合作，寧德時(shí)代和智鋰物聯(lián)開展頂?shù)鮽?cè)換兼容互換示范，換電連接器龍頭企業(yè)開展互換性產(chǎn)品開發(fā)合作。

第二就是開發(fā)互補(bǔ)型換電與超充一體化能量補(bǔ)給站?；パa(bǔ)是什么意思呢？就是重卡快換與轎車快充互補(bǔ)?，F(xiàn)在轎車用350千瓦快充，5分鐘可以充200公里，這個(gè)功率太大，直接從電網(wǎng)取電對(duì)電網(wǎng)穩(wěn)定性沖擊很大，而且容量增容成本很高，所以需要通過儲(chǔ)能電池放電來(lái)解決大功率超充問題，正好換電站的備用重卡電池包可以給它換電，這樣構(gòu)成一個(gè)互補(bǔ)型的加電站，轎車、卡車都可以在一個(gè)站里快速解決能量補(bǔ)給。為此，我們團(tuán)隊(duì)和殼牌去年合作開發(fā)了全球首個(gè)集超充、重卡換電、轎車超充、速熱速冷、光伏發(fā)電、智能微網(wǎng)一體的綜合示范平臺(tái)。實(shí)現(xiàn)5分鐘充200公里，重卡5分鐘換電，冬季每分鐘加熱7攝氏度。

第三是數(shù)字化換電能源運(yùn)營(yíng)及站網(wǎng)互動(dòng)平臺(tái)。換電重卡的商業(yè)模式是電池租賃，電池持有者可以開設(shè)電池銀行，電池資產(chǎn)管理公司對(duì)電池實(shí)現(xiàn)全生命周期智能管理，所有的換電站可以鏈接起來(lái)和與電網(wǎng)互動(dòng)，形成虛擬電廠，作為整個(gè)電力系統(tǒng)的儲(chǔ)能方式。當(dāng)換電站網(wǎng)絡(luò)形成規(guī)模后就可以在購(gòu)電和采購(gòu)電池方面具有極大的議價(jià)能力。這樣一來(lái)可以使每度電的成本極低，也可以使電池成本極低，還可以回收電池材料，這個(gè)是大型央企最感興趣的，已經(jīng)全方位介入。

基于以上分析，我對(duì)純電重卡做一個(gè)展望。去年新能源重卡銷量共2.5萬(wàn)輛，換電重卡大概1.5萬(wàn)輛，換電車型接近一半，2025年預(yù)計(jì)達(dá)到10萬(wàn)輛，2030年達(dá)到35萬(wàn)輛，換電車型預(yù)計(jì)會(huì)占70%。換電重卡的續(xù)航里程也會(huì)不斷增加，現(xiàn)在換一次150公里，2025年會(huì)到300公里，2030年到450公里，相應(yīng)的電池性能也會(huì)提升，現(xiàn)在是普通磷酸鐵鋰電池，下一代是高能密度磷酸錳鐵鋰電池，或者中鎳三元電池，2030年可能是長(zhǎng)壽命高比能量三元電池和鋰硫電池。隨著續(xù)航里程提升，滿足換電重卡150萬(wàn)公里總里程的電池循環(huán)壽命要求反而會(huì)降低?，F(xiàn)在150公里續(xù)航需要1萬(wàn)次循環(huán)，磷酸鐵鋰電池可以做到，2030年450公里續(xù)航只需3300次循環(huán)就可以了。下一代鋰硫電池，估計(jì)在2030年比能量可以達(dá)到500瓦時(shí)/公斤，是最適合用于重卡的電池?，F(xiàn)在的換電重卡是改裝車，下一步肯定是專用底盤，最后過渡到滑板底盤?，F(xiàn)在主要是運(yùn)行在封閉場(chǎng)景，下步重點(diǎn)是干線運(yùn)輸，因?yàn)楦删€運(yùn)輸節(jié)省成本更大、效益更好。

二、氫燃料電池重卡。

截止2022年6月，我國(guó)已經(jīng)推廣1萬(wàn)輛燃料電池汽車，今后幾年由于政府的推動(dòng)，財(cái)政部正在補(bǔ)貼城市集群，預(yù)計(jì)2024年底會(huì)增加到兩萬(wàn)輛?，F(xiàn)在我國(guó)有260座加氫站，但是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，加氫站是制約燃料電池重卡發(fā)展的重要因素。

我們團(tuán)隊(duì)在燃料電池方面開展了20年的工作，從動(dòng)力系統(tǒng)到發(fā)動(dòng)機(jī)、電堆、膜電極，已經(jīng)形成完整建設(shè)鏈和產(chǎn)業(yè)鏈，比如我們孵化的創(chuàng)業(yè)企業(yè)億華通在張家口建有產(chǎn)能萬(wàn)臺(tái)的生產(chǎn)基地，而且按照國(guó)際最高標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，成熟度與先進(jìn)內(nèi)燃機(jī)生產(chǎn)廠基本上是一致的。億華通是目前國(guó)內(nèi)燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)和電堆出貨量最大的企業(yè)。億華通和福田聯(lián)合打造的歐曼新一代燃料電池重卡，額定功率240千瓦，最高效率達(dá)到60%，已經(jīng)開始商業(yè)化。另外，我們團(tuán)隊(duì)孵化的創(chuàng)業(yè)企業(yè)海德氫能開發(fā)了站內(nèi)制氫加氫一體站。氫氣的運(yùn)輸成本很高，開發(fā)站內(nèi)制氫系統(tǒng)很重要，海德氫能有制氫設(shè)備，可以實(shí)現(xiàn)一體化。

當(dāng)然，燃料電池重卡目前與換電重卡比，它的成熟度和商業(yè)化還處于初期，離我們的目標(biāo)還有一些距離，比方說(shuō)我們的壽命要到3.5萬(wàn)小時(shí)，目前只有一半。我們希望額定效率提高到60%，目前只是接近50%。還有成本、系統(tǒng)功率等問題，所以下面要四步走。首先是成本降低：現(xiàn)在燃料電池成本去年已經(jīng)降低到3000元/千瓦，今年會(huì)繼續(xù)降，2025年估計(jì)到1000元/千瓦，降本主要是通過關(guān)鍵材料的國(guó)產(chǎn)化。還有車載儲(chǔ)氫瓶成本也需要大幅降低。第二是加大功率，燃料電池部分負(fù)荷效率比額定負(fù)荷效率要高，加大功率可以把常用工況點(diǎn)移到高效區(qū)。第三是額定點(diǎn)效率提高，從45%到50%，再到55%?，F(xiàn)在的燃料電池重卡氫耗還偏高。第四是壽命延長(zhǎng)，從目前1.8萬(wàn)小時(shí)左右提高到2025年的2.5萬(wàn)小時(shí)，最終到2030年做到3萬(wàn)到3.5萬(wàn)小時(shí)，滿足行駛里程120萬(wàn)-150萬(wàn)公里。這是國(guó)內(nèi)的燃料電池系統(tǒng)壽命，國(guó)際最好水平已經(jīng)可以達(dá)到這一指標(biāo)。

燃料電池汽車去年銷量是1500輛，續(xù)航里程現(xiàn)在達(dá)到350公里。下一步我們希望到2025年年銷量達(dá)到2萬(wàn)輛，至少1萬(wàn)輛。2030年希望到10萬(wàn)輛，至少5萬(wàn)輛。

三、新能源混合動(dòng)力重卡

新能源混合動(dòng)力重卡應(yīng)該是大家最熟悉的。比如說(shuō)我們現(xiàn)在開發(fā)的氫氨發(fā)動(dòng)機(jī)、氫內(nèi)燃機(jī)等，加上電機(jī)組成混合動(dòng)力系統(tǒng)。這中間很重要的就是驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)技術(shù)，我們團(tuán)隊(duì)孵化的常州易控，最開始是做柴油機(jī)電池系統(tǒng)的，是目前國(guó)內(nèi)車用柴油機(jī)行業(yè)唯一的一家自主的電控零部件供應(yīng)商，現(xiàn)在他們已經(jīng)擴(kuò)展到各種新能源和混合動(dòng)力系統(tǒng)的電控技術(shù)，一年各種各樣的電控單元達(dá)到100萬(wàn)個(gè)。他們面向新型動(dòng)力的產(chǎn)品包括電機(jī)控制器、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、自動(dòng)變速器，驅(qū)動(dòng)橋，集中驅(qū)動(dòng)和分布驅(qū)動(dòng)等，還有內(nèi)然機(jī)跟電機(jī)一體化系統(tǒng)，IPU。從驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)類型看，現(xiàn)在開始會(huì)分步推出產(chǎn)品，目前還是中央集中電機(jī)驅(qū)動(dòng)和同軸并聯(lián)混合動(dòng)力系統(tǒng)，下一步是單電機(jī)分布式電驅(qū)橋，最后是輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)橋。同時(shí)電壓平臺(tái)會(huì)提升，現(xiàn)在商用車電壓平臺(tái)偏低，也是我們商用車電耗偏高的一個(gè)原因。49噸的車輛，國(guó)外每公里電耗1.2度，我們國(guó)內(nèi)要1.6度，這跟我們的電壓制式是很有關(guān)系，下一步要提高到1000伏，減少電流，減少損耗。

我們還正在開發(fā)一體化底盤平臺(tái)，常州易控在重點(diǎn)推。燃料電池重卡、純電動(dòng)重卡、混合動(dòng)力重卡的底盤平臺(tái)完全統(tǒng)一，這對(duì)廠家非常重要，所以我們通用的平臺(tái)化底盤，可以支撐不同的車型、不同的技術(shù)路線，為不同廠家提供服務(wù)。

最后，綜合以上分析，做一個(gè)總的展望。預(yù)計(jì)2025年，新能源重卡的市場(chǎng)滲透率會(huì)超過10%，2030年會(huì)接近50%，這與歐洲新能源重卡的目標(biāo)相同。我國(guó)新能源乘用車的滲透率大大的超過歐洲和美國(guó)市場(chǎng)，重卡不能落后，所以我們要力爭(zhēng)實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)。預(yù)計(jì)純電重卡會(huì)占到新能源重卡的70%，達(dá)到35萬(wàn)輛，其中換電重卡又會(huì)占到純電重卡的70%-80%，2030年銷售10萬(wàn)輛燃料電池汽車是我們要力爭(zhēng)的目標(biāo)，5萬(wàn)輛的零碳內(nèi)燃機(jī)混合動(dòng)力重卡現(xiàn)在還不具備確定性，但是我們希望能夠做到，所以三條技術(shù)路線并行，但是我們認(rèn)為換電重卡是主體。謝謝各位。