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纯电动客车

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纯电动客车

作者:
刘桂林 黄福良
来源:
南京金龙客车制造有限公司
日期:
2017/01/12 14:41
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  1、产业与技术总体情况

  2015年是纯电动客车日新月异的一年,纯电动客车确立了引领行业发展的市场地位,全年销量超过8万辆,同比增长300%以上,市场份额超过30%,成为支撑行业发展的关键因素。

  据中国汽车工业协会数据统计,在2015年新能源客车领域,纯电动客车产量为88248辆,同比增长5.8倍;2015年作为纯电动客车市场蓬勃发展的一年,很多纯电动客车难题也得到了解决,比如快充、慢充时间大大缩短,突破续驶里程、电池寿命、涉水安全等纯电动车的几大瓶颈,应用全数字控制系统,将动力系统、能源系统、辅助系统、整车控制、车身控制等集成到一个CAN网络系统中,实现了纯电动客车系统响应更快、控制更精确、能耗更低等。

  

  2、技术发展特点

  (1)纯电动客车技术发展特点

  2015年纯电动客车技术发展主要体现在以下几个方面:

  1、打破了充换电站对于纯电动客车发展的制约;

  2、整车动力性能提升;

  3、续驶里程延长;

  4、经济性能改善;

  5、电机、电池等关键核心零部件性能指标进一步提升;

  6、电机向高功率密度,电驱动总成向集成化发展;

  7、完善驱动技术平台;

  8、控制总成技术得到创新

  (2)纯电动客车实现的主要技术突破点

  2015年是纯电动客车蓬勃发展的一年也是技术应用百花齐放的一年,在动力性方面,比亚迪C9搭载比亚迪自主研发的铁电池及轮边驱动技术,拥有360千瓦最大功率和3000牛米的最大扭矩,最高车速超过100公里每小时;在充电电源方面,宇通在充电电源上实现了技术创新,可使用380V动力电或者220V民用电来充电,快充1小时即可充满,慢充6—8小时可充满,使客车充电不再局限于专门的充电桩,安凯实现了交流、直流双方案兼容的充电模式,可以满足不同客户的多种充电需求;在行驶里程方面,比亚迪的C9行驶里程达到了300公里以上;在充电速度方面,宇通设计出了快充75分钟或慢充2.5小时的E10车型,在充电速度方面也有了显著的技术进步;在车身制造方面,安凯纯电动宝斯通应用的阴极电泳工艺、优质钢板全部冲压件焊接全承载式车身技术,在保证整车安全性的同时,车身防腐性能比肩国际同类产品;在控制总成技术方面,安凯创新性的将动力系统、能源系统、辅助系统、整车控制、车身控制等集成到一个CAN网络系统中,实现了纯电动客车系统响应更快、控制更精确、能耗更低的运营效果。

  (3)目前亟需解决的技术难点及解决方案

  目前,我国新能源纯电动客车经过十多年的研究和发展,已经取得了一系列的突破,也开始逐步投放进市场,但仍然存在诸多的问题。其中,电动客车的续航能力及动力性能是这诸多问题的焦点。而动力电池系统是制约续航能力及动力性能的关键技术问题。目前纯电动客车上使用的电池基本都是锂离子电池,它的工作原理是通过离子的迁移来实现化学能与电能之间的转换,从而实现储能和放电。锂离子电池具有比能量密度相对较大、无记忆效应、充放电效率高、自放电率低、循环寿命长和无污染性等优点,因此,锂离子电池成为了目前在纯电动客车上应用最广泛的动力电池。

  其中,以磷酸铁锂三元材料为代表的锂离子电池,因其能量密度可达到130Wh/kg-140Wh/kg,且充放电平台稳定、安全性能良好、低温性能和循环寿命较好,磷酸铁锂电池通过纳米技术和富锂技术等手段而应用,其实际能量密度将会大幅度提升,并且磷酸铁锂电池实现2元/瓦时以下的成本没有问题。因此,以磷酸锂铁为代表的三元材料电池,现在是目前纯电动客车主要的动力电源。虽然锂离子电池经过发展能量密度及其他性能都得到了很大的提高,但是按照现在车辆油箱的位置大小,且电池重量符合车辆承载能力和轴荷分配要求,动力电池比能量应达到500-700Wh/kg。而目前的锂离子电池的能量密度远远低于该值。因此目前提高动力电池能量密度是制约锂离子电池发展的一个瓶颈问题。目前,为了突破能量密度低这个电池的瓶颈问题,可以加强以下几个方面的研究。

  在材料方面,以硅基和锡基合金作为锂离子电池的负极材料。通过这种材料的改进的锂离子电池其理论的容量可分别高达4200Wh/kg和990Wh/kg,完全能满足纯动力汽车动力电池能量的要求,但是硅基锂离子电池由于充放电过程产生巨大材料体积膨胀效应,以及锂在硅膜中扩散系数相对较小、电化学性能显著恶化;锡基合金负极材料电池理需解决首次不可逆容量高,充放电循环性能差的问题,目前未能在纯电动客车动力电池领域得到产业化。

  另外一方面,主要是从制备技术和成组技术上进行突破。从电池的制备技术综合考虑,采用纳米技术制备来提高电池的性能,开发新型的纳米材料。从成组技术上考虑,可合理设计动力电池系统模块化结构,减少由电池单体组成的电池组产生的性能衰减,减小电池组中电池单体一致性的影响;并且通过对实车上电池系统进行能量管理,实现能量的进一步合理分配利用。综合以上分析,目前纯电动客车动力电池,其提高性能的主要的技术瓶颈在于进一步提高纯电动客车单体电池的性能水平,以及提升纯电动客车动力电池系统的管理等方面。

  3、重点车型技术特点分析

  (1)南京金龙NJL6117BEV

  该款车型是在纯电动客车的基础上增设了太阳能动力。该款车型采用的太阳能光伏电板面积为15平方米,具有高效能、高柔性的特点,安装在11米长的车顶上。该车型太阳能光伏发电系统主要由柔性太阳能电池板、光伏动力充电机及相关连接器组成,可以实现太阳能动力与动力电池动力的自动切换。按照江苏地区的光照时间,太阳能电池充满电后,行驶里程为30公里,太阳能电池的电量用完后,转换器将会将动力转换到充电电池。

  (2)宇通E7

  可选择380V动力电和220V民用电来充电,快充1小时即可充满,慢充6—8小时可充满,真正打破了充换电站对于纯电动客车发展的制约,在行业内首次实现了无障碍的充电解决方案。同时采用宇通独有的睿控技术,以整车控制器、五合一电机控制器、智能化电池管理系统和变频空调器为核心,形成宇通独有的纯电动驱动技术平台,有效突破续驶里程、电池寿命、涉水安全等纯电动车的几大瓶颈。

  (3)E10(团体版)

  是宇通推出的10.7米纯电动团体客车,作为E10团体新造型车型,满足了团体客车用户需求。此款车快充75分钟或慢充2.5小时即可充满,续航里程达到180公里(开空调续航160km),最高车速达90km/h,座椅数达到45+1个,同时采用宇通独有的睿控技术,形成宇通独有的纯电动驱动技术平台,有效突破续驶里程、电池寿命、涉水安全等纯电动车的几大瓶颈。

  (4)纯电动公交车HFF6123G03EV-2

  安凯纯电动公交车HFF6123G03EV-2在技术上展现了安凯的经济性和人性化结合的研发理念。它使用的是目前最经济高效的插入式充电技术,能够保证在3至4个小时内充满电,每次充满电可以实现带空调行驶200公里以上的里程。而安凯自主纯电驱动技术下的公交车行驶体验更是令车辆起步和行驶平稳,噪音低、乘坐舒适,低地板设计同时方便了乘客快速上下车。在舒适性方面,整车通过电机直接驱动,没有变速箱,在实现无级变速的同时,为驾乘者提供舒适的体验。

  (5)安凯A6纯电动版

  作为客车行业首次实现全数字控制的纯电动客车型,安凯A6纯电动产品具有更先进的控制总成技术,安凯创新性的将动力系统、能源系统、辅助系统、整车控制、车身控制等集成到一个CAN网络系统中,实现了纯电动客车系统响应更快、控制更精确、能耗更低的运营效果。此外,A6纯电动客车采用的高效集成化的电控系统设计方式,实现了交流、直流双方案兼容的充电模式,可以满足不同客户的多种充电需求。

  (6)中通V8纯电动客车

  作为2015年中通纯电动客车的新成员,中通V8相比于之前的纯电动充电方式,首次采用车顶充电弓的形式,车辆到达站台,只要充电弓接触到站台顶棚上设置的高压电线,司机只需在车内按下操控按钮便可实现车辆的充电,充电更加便捷;与此同时,该产品采用多元复合锂电池,可实现10分钟的快充功能。

  4、未来几年纯电动客车技术发展趋势

  (1)动力电池

  锂离子电池实现技术升级,新型锂离子电池单体比能量提高一倍,达到350Wh/Kg,成本降低50%,达到0.6元/Wh;电池系统比能量提高一倍,达到250Wh/Kg,成本降低一倍,达到1.0元/Wh。

  (2)电机驱动系统

  未来我国纯电动客车驱动电机系统将朝着电机永磁化、控制系统数字化和系统集成化方向发展。基于永磁同步电机效率高、高效区宽、转矩密度高、重量轻、调速范围宽等优点。控制系统数字化则包含了硬件与软件两方面。硬件即高速、高集成度、低成本的专用芯片,这将使电机驱动的电路更为小型化、集成化;软件则体现在电机控制方面,电机控制算法未来的发展方向将着重在高性能的转矩转速控制与和在线辨识上。系统集成有利于减小整个系统的重量和体积,有效降低系统制造成本。

  (3)智能化

  车辆智能化中最具代表的技术当属自动驾驶功能,就目前的技术而言,自动驾驶不可能一蹴而就,需要时间的积累及技术的发展,由此自动驾驶可以分为下列四个阶段。

  第一阶段是驾驶员辅助系统,驾驶员辅助系统能为通过为驾驶员采集关键信息,为危险的驾驶行为发出警告,相关技术有:车道偏离警告,正面碰撞警告和盲点报警系统。目前这些技术已相当成熟并得到广泛的应用,配备上述功能的车型价格区间已经下探至30万元以内。

  第二阶段是半自动驾驶,当特定情况发生而驾驶员不能及时做出恰当措施时,半自动系统能让在汽车主动进行特定操作。例如紧急自动刹车、紧急车道辅助。目前此类功能主要配置在豪华车型上,但价格区间已经有了迅速下探的趋势。

  第三阶段是高度自动驾驶。该系统能在驾驶员监控的情况下,特定条件下让汽车自主控制行驶,驾驶员可以随时夺回控制权。今年美国CES中的一辆经过改造的奥迪A7通过此技术行驶了900公里由旧金山到达拉斯维加斯参展,并且时速可达90公里。但此技术目前仅出现在试验车型中,尚未量产。2015年6月11日特斯拉公告将会在月底公测可以进行自动驾驶的model S,但没有披露具体细节。

  第四阶段:完全自动驾驶,这也是自动驾驶的终极阶段。在无需驾驶员操作的情况下,汽车可以完全自主行驶。Google无人汽车便是定位于此,目前行驶距离已超过30万英里,但仅能实现特定场景下的低速行驶。

  第一、二阶段已然实现,第三阶段接近商用,第四阶段也已呈现雏形。因此有理由相信无人驾驶的汽车将会在未来的几年内得以商用。

  (4)车联网

  1)建立开放性的开发策略

  旧有流程造就稳定性的同时也带来了高昂的决策以及时间成本,相反,新兴的汽车生产厂商为了在竞争中获得更多的市场份额,很明显对新技术的使用更为激进并且通过更快速的迭代消化稳定性问题,特斯拉就是一个极好的例子,国产厂商的表现中比亚迪则相对比较突出。

  2)加强信息的处理能力

  通过加装各类传感器的方式可以获得到大量的数据,将这些碎片化的数据加以处理变成真正可以参与到车联网运行系统决策之中来。

  3)建立统一的协议

  车联网最重要的突破点在于打破壁垒,完善车与车、车与人、车与周边环境之间的交流,实现未来整个城市作为主体进行调动。其中统一协议的普及就是最为重要的部分,其中较为困难的部分在于车与车之间以及车与道路周边设施例如信号灯的通信。这里需要的车企之间达成统一协议的共识并且推动政府部门进行相应的交通设施的改造更新。

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