申报科技部重点专项解析:12米纯电动客车技术攻关方向及措施

雷洪钧

2016年10月中旬科技部发布了《国家重点研发计划新能源汽车等重点专项2017年度项目申报指南》,涉及动力电池和电池管理系统、电机驱动、汽车智能化等方面,其中有一个“纯电动大客车动力平台技术项目”。下面是笔者学习这一指南的体会。

申报科技部重点专项解析:12米纯电动客车技术攻关方向及措施

一、攻关技术具体内容

1)纯电动商用车智能控制技术;

2)高效驱动技术;

3)高压集成控制技术;

4)节能电动冷暖一体化空调等高效辅助系统技术;

5)开发模块化、系列化的纯电动商用车底盘及车型;

6)开展整车安全性、可靠性、耐久性和环境适应性的提升技术研究,以及轻量化新结构、新材料的应用技术研究;

7)开发整车的批量化生产工艺,形成规模化生产能力。

二、技术攻关考核指标

以12米纯电动客车为攻关对象,具体指标如下:

1)0-50km/h加速时间≤15s;30分钟最高车速≥100km/h;最大爬坡度≥25%;整备质量≤11000kg;电耗≤0.55kWh/km;

2)全气候(环境温度范围覆盖-20℃到40℃)续驶里程≥250km;

3)电制动降低电能消耗25%以上;

4)行驶60km的快速充电时间≤10min;

5)形成年生产能力≥5000台,实现百辆级示范应用。

三、总体目标

1)继续深化实施新能源汽车"纯电驱动"技术转型战略;

2)升级新能源汽车动力系统技术平台;抓住新能源、新材料、信息化等科技带来的新能源汽车新一轮技术变革机遇,超前部署研发下一代技术;

3)到2020年,建立起完善的新能源汽车科技创新体系,支撑大规模产业化发展。

四、技术攻关经费支持

2017年,拟在6个技术方向启动19-38个项目,拟安排国拨经费总概算为11.2亿元。凡企业牵头的项目须自筹配套经费,配套经费总额与国拨经费总额比例不低于1:1。

五、客车企业技术攻关如何落地?

第一步、技术攻关定位12米客车

汽车技术核心竞争力体现在轿车上,尤其是体现在高级跑车上。商业客车技术核心竞争力体现12米车上。这一点在行业内认识是基本一致的。但是12米纯电动客车攻关是定位公交客车,还是定位道路客运客车?从科技部下达的“30分钟最高车速≥100km/h”的指标上来看,攻关车型的应该是“道路客运客车”,因为公交客车规定其最高车速≤69km/h。

第二步、技术路线定位纯电动技术,而非其他技术

科技部的提法是“继续深化实施新能源汽车‘纯电驱动’技术转型战略。”纯电驱动技术路线是中国政府的选择,十三五是对‘纯电驱动’技术转型战略的深化。

第三步、以科技部下到考核指标为导向

科技部下达的考核指标是关键业绩指标。这些指标是具体的、可测量性、是可以实现的。科技部下达的指标更最权威性指标,同时也对企业技术攻关的导向性指标。

第四步、选好合作伙伴

整车企业是满意结果的领域,是关键成功要素的聚集地。以结果为导向,这是新能源汽车补贴对象,为什么选择的是整车企业而非零部件企业的原因所在。同时也说明客车企业在我国新能源汽车发展中的地位和作用,远远高于零部件企业。对此整车企业必须要在选好合作伙伴下功夫了,引导好零部件企业的发展。

1)大三电(动力电池及BMS、电机、电控)的性能好坏及水平的高低,是(20%/80%)原理中的20%。这是由上游合作伙伴完成的。可以说,选好大三电供应商是最重要、最关键的工作;

2)小三电(电助力转向、电制动、电空调)是上一层((20%/80%)中的80%的20%。可以说,选好小三电供应商,是必须要认真去做好的工作。可以这样说,客车空调是耗电大户,如果把空调的耗电算进来,目前的电动客车要实现续驶里程≥250km的目标,是极其困难的。车用电空调能不能做到格力家用空调的水平,其潜力是相当到大的。

第五步,搞好底盘及车身轻量化产品研发

客车整车企业是攻关关键成功要素的聚集地。选好合作伙伴是攻关的必要条件。客车整车企业以底盘及车身轻量化产品研发中心,开展新结构、新材料的应用技术研究,开展整车安全性、可靠性、耐久性和环境适应性的提升技术研究是成功充分条件。

六、十三五纯电动12米客车攻关技术难度分析

1)从科技部发布的12米纯电动客车指标上来分析,其中:全气候(环境温度范围覆盖-20℃到40℃)续驶里程≥250km是用户认可的基本指标。其难度分析:

①(环境温度范围覆盖-20℃到40℃)充放电性能良好的动力电池,基本上是快充类电池,其比能量能满足满足12米纯电动公交车续驶里程≥100km。要实现用当前的快充电池,其比能量要满足12米纯电动客车续驶里程≥250km的这个指标,动力电池必须要上一个大台阶。这是客车厂家自己无能为力的事情了。这是前面提到的客车厂家必须要找到最好的动力电池厂家的原因。

②比能量要满足12米纯电动公交车续驶里程≥250km的要求,在目前动力电池电池供应商目录里,在找到最好的工业商的前提下,要求12米纯电动公交车整备质量≤11000kg,必须要求整车在减去动力电池系统后的整备质量≤8000kg。这对目前的12米的公交车客车的轻量化的要求是相当高,客车轻量化后的车身结构刚度(强度)必须满足客车结构安全性有关性技术指标,其难度是难以想象的。对道路客车轻量化,其要求更高,难度更大。

2)从科技部发布的12米纯电动客车指标上来分析,其中:0-50km/h加速时间≤15s;30分钟最高车速≥100km/h;最大爬坡度≥25%是最关键的动力性指标。其难度分析:

①0-50km/h加速时间≤15s是整车的加速度指标。对客车用户而言,这一指标不敏感。目前轿车的指标是4s水平,对电动客车而言,这个影响客车动力总成的配置,尤其是对电机配置,能保障这个指标的电机,才能算上是高效驱动技术。

②30分钟最高车速≥100km/h这个指标目前在电动轿车上是一个基本指标。对道路客运电动客车提出这个指标的基本理由是,高速公路的经济速度是100公里。如果不能到达这个指标,电动客车是不能满足高速公路的要求。客观地说,目前研发的道路电动客运客车是不能上高速公路的,仅可用于城市道路上通勤车用。这个也是电机高效运行的基本要求。

③最大爬坡度≥25%。对于经常在城市和良好公路上行驶的汽车,最大爬坡度在10°左右即可;对于载货汽车,有时需要在坏路上行驶,最大爬坡度应在30%即16.5°左右。而越野汽车要在无路地带行驶,最大爬坡度应达30°以上。目前货车的最大爬坡度≥30%。对纯电动客车提出最大爬坡度≥25%的要求,无疑否定了单机直驱的动力总成配置方案。要满足这个这个指标,增加变速器配置是必须的。对单电机驱动的纯电动客车而言,依然需要变速箱,但不需要太多档,2-3档即可。增加变速箱以后,整车的系统集成的复杂度提高了很多。有变速箱的优点是:可以降低对电机的要求,可以减少对电池组的要求,其综合成本降低。这对整车厂工程技术人员动力集成能力提出了较高的要求。

七、客车厂如何选好合作伙伴?

客车厂如何完成十三五纯电动12米客车技术攻关任务?单靠客车自己的能力是不可能的。必须选好合作伙伴。但是如何选对合作伙伴呢?笔者认为,以《国家重点研发计划新能源汽车等重点专项2017年度项目申报指南》对有关零部件的关键技术指标为依据,考核合作伙伴是十分有效办法。

1)动力电池与电池管理系统的关键技术指标

①电池单体能量密度≥300Wh/kg,循环寿命≥1500次,成本≤0.8元/Wh,安全性达到国标要求,年生产能力≥1亿瓦时。

②电池系统的能量密度≥200Wh/kg,循环寿命≥1200次,全寿命周期内全工作温度范围的SOC、SOP和SOH的估计误差≤±3%,单体电池之间的温差≤2℃,满足安全性等国标要求,并符合功能安全及行业各项标准要求,成本≤1.2元/Wh,年生产能力≥1万套;

③快速充电电池的能量密度≥120Wh/kg,恒流充电容量达到额定容量的80%以上(常温,6C倍率下),循环寿命≥10000次;

2)电机驱动与电力电子总成的关键技术指标

①电机控制器峰值功率密度≥30kW/L,匹配电机额定功率40-80kW,最高效率≥98.5%。

八、结论

十三五纯电动12米客车技术攻关方向已经国家科技部提出具体关键技术指标得到具体的细化,为企业产品开发提供了科学参考依据。客车企业在国家科技部的指导下,以关键技术指标为导向,一步一步地努力,配合科学措施,组织企业的人力、财力资源,十三五我国"纯电驱动"汽车技术转型战略取得决定性成功,是有把握的。

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