歐陽明高：新能源重卡技術路徑分析與展望

2023年3月28日-29日，首屆中國商用車論壇在湖北十堰舉辦。本屆論壇由中國汽車工業(yè)協(xié)會、湖北省經(jīng)信廳、東風公司和十堰市人民政府共同主辦，以“應變 求變 謀變——共創(chuàng)商用車發(fā)展新局面”為主題，共設“1場閉門峰會+1個大會論壇+4個主題論壇”，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，推動商用車高質(zhì)量發(fā)展。其中，在3月29日舉辦的“開幕式暨大會論壇”上，中國科學院院士、清華大學教授歐陽明高發(fā)表精彩演講。以下內(nèi)容為現(xiàn)場發(fā)言實錄：

尊敬的各位政府領導，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“新能源重卡技術路徑分析與展望”。分四個部分。

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到25%，商用車相對比較低，重卡就更低了，所以從目前新能源發(fā)展的形勢來看，重卡是最后的堡壘。

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

一、純電動重卡

先看一下純電重卡中的快充、超充站和換電站的成本比較，超充站的投資其實是比換電更高的，當然快充的比較低，但是它很慢。當站點利用率低的時候不怕慢，這個時候快充有優(yōu)勢。但是一旦利用率上來之后，換電就是最好的。按150萬公里壽命計算，由于油電差價大于電池投資成本和充電時間成本之和，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行成本。換電相比于快充和超充補電時間最短，噸公里車輛運行成本最低。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)濟性比較，我們可以看一下在鄂爾多斯運煤場景下的具體數(shù)據(jù)：換電重卡賣車不賣電池，換電重卡車價與柴油車價差不多，但是換電重卡維修費用很低，大家知道我們電動車型的一大好處就是維修費用低，如果大家開過新能源轎車深有體會，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。從使用成本看，在柴油價格6.3元/升時，干線運輸能耗成本年節(jié)省5.2萬，短倒運輸能耗成本相對來說節(jié)省得少一點，因為裝卸貨時間偏長，年節(jié)省約1.5萬。

大家擔心如何換？現(xiàn)在有兩種換法，一種就是機器人側抓側換式，還有一種是頂抓側換式?，F(xiàn)在新一代的電池是可以兼容兩種換法的，即側抓頂抓兼容車載換電系統(tǒng)。我的團隊創(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)可以同時適應這兩種換法，是一種側抓頂抓兼容車載換電系統(tǒng)。

為了在全國公路干線推廣普及換電重卡，我們還在做三件事：第一就是實現(xiàn)互聯(lián)互通的換電標準，發(fā)起成立了中國換電重卡聯(lián)盟，聯(lián)盟秘書長李立國牽頭編寫了換電電氣接口和換電機構技術標準即將發(fā)布。推動龍頭企業(yè)啟源芯動力、玖行能源和智鋰物聯(lián)等開展互換性換電合作，寧德時代和智鋰物聯(lián)開展頂?shù)鮽葥Q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)互補型換電與超充一體化能量補給站。互補是什么意思呢？就是重卡快換與轎車快充互補?，F(xiàn)在轎車用350千瓦快充，5分鐘可以充200公里，這個功率太大，直接從電網(wǎng)取電對電網(wǎng)穩(wěn)定性沖擊很大，而且容量增容成本很高，所以需要通過儲能電池放電來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，這樣構成一個互補型的加電站，轎車、卡車都可以在一個站里快速解決能量補給。為此，我們團隊和殼牌去年合作開發(fā)了全球首個集超充、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。實現(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)字化換電能源運營及站網(wǎng)互動平臺。換電重卡的商業(yè)模式是電池租賃，電池持有者可以開設電池銀行，電池資產(chǎn)管理公司對電池實現(xiàn)全生命周期智能管理，所有的換電站可以鏈接起來和與電網(wǎng)互動，形成虛擬電廠，作為整個電力系統(tǒng)的儲能方式。當換電站網(wǎng)絡形成規(guī)模后就可以在購電和采購電池方面具有極大的議價能力。這樣一來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，我對純電重卡做一個展望。去年新能源重卡銷量共2.5萬輛，換電重卡大概1.5萬輛，換電車型接近一半，2025年預計達到10萬輛，2030年達到35萬輛，換電車型預計會占70%。換電重卡的續(xù)航里程也會不斷增加，現(xiàn)在換一次150公里，2025年會到300公里，2030年到450公里，相應的電池性能也會提升，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150萬公里總里程的電池循環(huán)壽命要求反而會降低?，F(xiàn)在150公里續(xù)航需要1萬次循環(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，估計在2030年比能量可以達到500瓦時/公斤，是最適合用于重卡的電池。現(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)在主要是運行在封閉場景，下步重點是干線運輸，因為干線運輸節(jié)省成本更大、效益更好。

二、氫燃料電池重卡。

截止2022年6月，我國已經(jīng)推廣1萬輛燃料電池汽車，今后幾年由于政府的推動，財政部正在補貼城市集群，預計2024年底會增加到兩萬輛?，F(xiàn)在我國有260座加氫站，但是遠遠不夠，加氫站是制約燃料電池重卡發(fā)展的重要因素。

我們團隊在燃料電池方面開展了20年的工作，從動力系統(tǒng)到發(fā)動機、電堆、膜電極，已經(jīng)形成完整建設鏈和產(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)能萬臺的生產(chǎn)基地，而且按照國際最高標準建設，成熟度與先進內(nèi)燃機生產(chǎn)廠基本上是一致的。億華通是目前國內(nèi)燃料電池發(fā)動機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，最高效率達到60%，已經(jīng)開始商業(yè)化。另外，我們團隊孵化的創(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，海德氫能有制氫設備，可以實現(xiàn)一體化。

當然，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，離我們的目標還有一些距離，比方說我們的壽命要到3.5萬小時，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，今年會繼續(xù)降，2025年估計到1000元/千瓦，降本主要是通過關鍵材料的國產(chǎn)化。還有車載儲氫瓶成本也需要大幅降低。第二是加大功率，燃料電池部分負荷效率比額定負荷效率要高，加大功率可以把常用工況點移到高效區(qū)。第三是額定點效率提高，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，從目前1.8萬小時左右提高到2025年的2.5萬小時，最終到2030年做到3萬到3.5萬小時，滿足行駛里程120萬-150萬公里。這是國內(nèi)的燃料電池系統(tǒng)壽命，國際最好水平已經(jīng)可以達到這一指標。

燃料電池汽車去年銷量是1500輛，續(xù)航里程現(xiàn)在達到350公里。下一步我們希望到2025年年銷量達到2萬輛，至少1萬輛。2030年希望到10萬輛，至少5萬輛。

三、新能源混合動力重卡

新能源混合動力重卡應該是大家最熟悉的。比如說我們現(xiàn)在開發(fā)的氫氨發(fā)動機、氫內(nèi)燃機等，加上電機組成混合動力系統(tǒng)。這中間很重要的就是驅(qū)動系統(tǒng)技術，我們團隊孵化的常州易控，最開始是做柴油機電池系統(tǒng)的，是目前國內(nèi)車用柴油機行業(yè)唯一的一家自主的電控零部件供應商，現(xiàn)在他們已經(jīng)擴展到各種新能源和混合動力系統(tǒng)的電控技術，一年各種各樣的電控單元達到100萬個。他們面向新型動力的產(chǎn)品包括電機控制器、驅(qū)動電機、自動變速器，驅(qū)動橋，集中驅(qū)動和分布驅(qū)動等，還有內(nèi)然機跟電機一體化系統(tǒng)，IPU。從驅(qū)動系統(tǒng)類型看，現(xiàn)在開始會分步推出產(chǎn)品，目前還是中央集中電機驅(qū)動和同軸并聯(lián)混合動力系統(tǒng)，下一步是單電機分布式電驅(qū)橋，最后是輪轂電機驅(qū)動橋。同時電壓平臺會提升，現(xiàn)在商用車電壓平臺偏低，也是我們商用車電耗偏高的一個原因。49噸的車輛，國外每公里電耗1.2度，我們國內(nèi)要1.6度，這跟我們的電壓制式是很有關系，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，常州易控在重點推。燃料電池重卡、純電動重卡、混合動力重卡的底盤平臺完全統(tǒng)一，這對廠家非常重要，所以我們通用的平臺化底盤，可以支撐不同的車型、不同的技術路線，為不同廠家提供服務。

最后，綜合以上分析，做一個總的展望。預計2025年，新能源重卡的市場滲透率會超過10%，2030年會接近50%，這與歐洲新能源重卡的目標相同。我國新能源乘用車的滲透率大大的超過歐洲和美國市場，重卡不能落后，所以我們要力爭實現(xiàn)這個目標。預計純電重卡會占到新能源重卡的70%，達到35萬輛，其中換電重卡又會占到純電重卡的70%-80%，2030年銷售10萬輛燃料電池汽車是我們要力爭的目標，5萬輛的零碳內(nèi)燃機混合動力重卡現(xiàn)在還不具備確定性，但是我們希望能夠做到，所以三條技術路線并行，但是我們認為換電重卡是主體。謝謝各位。