新能源物流車的核心技術

文/本刊記者 喜崇彬

作為新能源車輛分支之一的新能源物流車，與傳統(tǒng)燃油車最大的區(qū)別在于三電系統(tǒng)，即：電池、電機、電控系統(tǒng)。而作為新能源汽車技術核心的三電系統(tǒng)，還處于技術快速發(fā)展和迭代階段，這給整個新能源車產業(yè)發(fā)展帶來巨大機遇，同時也帶來了極大的挑戰(zhàn)。

驅動：三大主流技術

新能源汽車驅動技術大體分為三種：插電、純電、燃料電池。

插電式混合動力汽車（Plugin hybrid electric vehicle，簡稱PHEV）是新型的混合動力電動汽車。區(qū)別于傳統(tǒng)汽油動力與電驅動結合的混合動力，插電式混合動力驅動原理、驅動單元與電動車相同，唯一不同的是車上裝備有一臺發(fā)動機。插電式混合動力汽車與普通混合動力汽車的區(qū)別：普通混合動力車的電池容量很小，僅在起/停、加/減速的時供應/回收能量，不支持外部充電，不可純電模式下較長距離行駛；插電式混合動力車的電池相對比較大，支持外部充電，可以純電模式行駛，電池電量耗盡后再以混合動力模式（以內燃機為主）行駛，并適時電池充電。但是，從行業(yè)認同的角度來看，以純電和燃料電池驅動的車輛更被認可為“正宗”的新能源車輛，插電混動技術在有的地區(qū)不被認可，例如北京就沒有允許插電混動車進入新能源車補貼目錄。當然，插電混動無論從技術發(fā)展和市場應用來看仍具有十分重要的價值，但目前該技術主要應用在乘用車上，在新能源物流車輛上應用較少。

青海比亞迪鋰電池和材料生產及回收項目簽約儀式

新能源汽車應用的燃料電池通常指氫燃料電池，是以氫氣為燃料作為負極，用空氣中的氧作為正極，通過氫氧的燃燒反應直接將化學能轉變?yōu)殡娔?，作為車輛的驅動力。以氫燃料電池作為能源的車輛充氫時間短，續(xù)航里程長。以豐田今年新發(fā)布的一款氫燃料電池乘用車Mirai為例，充滿電池僅需3分鐘，續(xù)航里程達600公里，甚至可以和傳統(tǒng)燃油車媲美。而且燃料電池汽車的排放物只有水，真正實現了零污染零排放，是一項十分先進的新型技術，因此受到很多國家的重視，包括中國。

以目前我國的補貼政策，每臺燃料電池物流車可獲得國家補貼和地方補貼共計高達100萬元，基本能覆蓋成本，具有巨大的營銷優(yōu)勢。但是燃料電池車輛的發(fā)展受到兩個因素的制約：第一是技術瓶頸。燃料電池技術有很高的門檻，在我國處于起步階段，量產方面更是幾乎空白。燃料電池所有核心專利都基本在國外，國內目前只掌握一些集成應用的專利，即便如此可以做集成的企業(yè)國內也只有少數幾家。此外國內量產企業(yè)及技術人員也相當缺乏。第二是燃料電池配套體系昂貴，成本建設周期很長。制氫和充氫站是一套全新體系，要建設足以支撐燃料電池車運營的網絡體系，是一個龐大的工程。而且氫屬于化學性質活躍的物質，其存儲和運輸的安全問題也需要考慮。

另外一種新能源汽車驅動技術就是純電蓄電池技術。純電蓄電池本身也存在多條技術路徑同時發(fā)展的問題，而且技術迭代較快。但是隨著材料技術進步和產業(yè)能力提升，純電蓄電池能量密度越來越高，成本持續(xù)下降。從配套體系建設考慮，與燃料電池相比，純電動汽車的充電網絡建設十分簡單。電能屬于通用性能源，在人們生活的范圍幾乎隨處可取，在建設充電站和充電樁時，只要考慮電容和電壓穩(wěn)定問題就可以了。因此，純電已成為我國最主流的新能源汽車驅動技術。

電池：三元鋰電池漸成主流配置

新能源汽車電池制造是與化學、機械、電子控制等領域密切相關的一個新興行業(yè)。電池的關鍵在電芯，電芯最重要的材料便是正負極、隔膜、電解液。目前市場上主要的蓄電池包括鎳氫電池、鉛酸電池和鋰電池。

鎳氫電池是較早期應用技術，優(yōu)點是安全、可靠，缺點是能量密度低，因此主要應用在混合動力車型。鉛酸電池，優(yōu)點是便宜可靠，缺點是能量密度低，生產過程污染大，主要在早期電動車型中應用較多。

鋰離子蓄電池，是目前主流電動車動力電池，其優(yōu)點是容量密度大，缺點是成本高。鋰電池根據正極材料不同，又分為細分的電池類型，如磷酸鐵鋰、鈷酸鋰、錳酸鋰、三元鋰、高鎳三元、鈦酸鋰等。鋰電池主要性能指標包括：正極材料穩(wěn)定性、循環(huán)壽命、容量、價格。目前新能源汽車動力電池市場上，磷酸鐵鋰電池與三元鋰電池兩分天下，而鈦酸鋰跟錳酸鋰應用比例不高。對安全性要求更高的電動客車市場，磷酸鐵鋰應用更多;對能量密度要求更高的乘用車市場，三元鋰占比更高;新能源物流車市場配裝三元鋰電池的車輛占比越來越高。

新能源汽車動力電池制造是非常“年輕”的技術。1996年通用推出EV-1采用的是鉛酸電池，它是現代電動汽車架構雛形。從鉛酸電池到日系混動的鎳氫電池，再到現在流行的鋰電池，也才20多年；從時間角度分析，與發(fā)動機相比，動力電池還有很大成長空間。目前，大部分自主品牌主機廠都沒有自己的電芯與電池組設計能力?？鐕嚻箅m然沒有自己的電芯，但是卻堅持自己設計生產電池組件與管理系統(tǒng)，這是為了加強自身動力電池的核心競爭力。與大多自主品牌的差別是，即使不采用這家的電芯，它們可以換個電芯品牌照樣能夠設計電池組，核心技術還是掌握在自己手里。物流車主要用于商業(yè)運營，具有生產工具的屬性，其購買和使用成本成為客戶最關注的問題。因此，物流車配裝電池除了考慮電池本身的品質，對性價比也十分敏感。

新能源電池生產車間

新能源汽車電池及電控系統(tǒng)

表：2018年重點電池企業(yè)物流車配套情況

電機：技術成熟但仍需創(chuàng)新

在汽車制造體系中，電機是個很成熟的零部件。目前，新能源汽車驅動電機主要采用以下兩類，交流異步電機和稀土永磁同步電機。異步電機結構簡單、堅固耐用、成本低廉，主要應用在電動客車、電動專用車與部分廉價電動乘用車；永磁同步電機具有較高的功率密度和效率以及寬廣的調速范圍，成本比異步電機略高。從今年工信部發(fā)布的第四批《新能源汽車推廣應用推薦車型目錄》中的32款新能源乘用車來分析，永磁同步電機配套車型達25款，占比78.13%。目前，市場上生產電機的廠家很多，一方面是由于電機市場處于早期競爭階段，參與競爭的企業(yè)很多；另一方面也說明電機技術含量不高、同質化嚴重。電機雖然成熟、簡單，但是目前大部分主機廠還不具備設計生產電機的能力，以外購電機為主，這就造成電機性能同質化嚴重，也阻礙了整車性能與綜合產品力的提升。但是，對于那些有電機設計與生產能力的廠家來說，卻是機遇。比如通用，剛剛上市的別克VELITE 5就采用了條形繞組的電機，條形繞組的電機工藝更復雜、成本更高，但是性能更強、NVH（噪聲、振動、聲振粗糙度）克服更好；還有比亞迪在K9車上采用的后驅輪邊電機，采用電子差速算法對車輛的運行進行優(yōu)化控制，解決了K9早期出現的磨胎問題。

LG新能源電池南京生產基地揭牌

新能源車電控更加復雜

汽車制造行業(yè)的電控，廣義上包括有整車控制器、電機控制器與電池管理系統(tǒng)等，和其它輔助系統(tǒng)；狹義上的電控專指整車控制器。對于一般的主機廠來說，真正掌握的只有整車控制器，新能源汽車整車控制器與傳統(tǒng)汽車的整車控制器差別并不是很大，它的成熟度也比較高。但是新能源汽車的“電控”較多，還有電機控制器與電池管理系統(tǒng)等，這些控制器通過CAN網絡等來通信。整車控制器比較好理解，主要是采集油門、制動踏板等各種信號，并作出相應判斷與給出指令，在新能源汽車上還要協(xié)調各個控制器的通信；電機控制器的作用主要是接收整車控制器的扭矩報文指令，進而控制驅動電機的轉速與轉動方向，另外，在能量回收過程中，電機控制器還要負責將驅動電機副扭矩產生的交流電進行整流回充給動力電池；相比前面兩個控制器，電池管理系統(tǒng)相對比較“年輕”，其主要功能包括：電池物理參數實時監(jiān)測、在線診斷與預警、充放電與預充控制、均衡管理和熱管理等。新能源汽車電控技術不僅需要完成駕駛員操作意圖解析及傳遞、主回路能量優(yōu)化控制功能，而且還延伸到了電動輔助部件控制及其能量使用優(yōu)化管理、整車級安全管理控制、網絡信息管理控制等。