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电动挂车桥

 爱萨摩 2024-02-14 发布于湖北

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随着商用车电驱动技术的兴起,挂车也摆脱了传统的无动力模式。相比传统内燃机,电驱动系统结构更紧凑,安装起来也更简单。因此,不少挂车新品都逐步电动化,成为了“电动挂车“。

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挂车电驱桥技术目前还属于新兴事物,最早是在2018年法兰克福IAA车展上专业挂车车桥厂家SAF-HOLLAND展示了其电驱桥展品,可以理解成挂车上的一个驱动桥,在日常行驶中储存能量,遇到较大的上坡路段则会介入工作,辅助牵引车爬坡。

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2018年IAA期间威伯科也推出了下一代电动挂车原型车—eTrailer。

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e-Trailer这个概念是由欧洲著名商用车生产巨头KRONE联合欧洲商用车电动制造公司Trailer Dynamics共同打造的专业化电动挂车解决方案。

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▲eTrailer Dynamics eAchse

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除了SAF-HOLLAND之外,一些主流卡车供应商和挂车企业(ZF/WABCO 、TrailerDynamics、Schmitz Cargobull、Krone等)也都在发展挂车电驱桥。

在这些电动车桥的加持之下,传统半挂车进入到了一个“自带动力驱动”的新时代。

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在随后的几年时间里,挂车电驱桥这一技术的有效性得到了市场的有效验证,由此欧洲诸多车桥及挂车企业入局。与很多新兴技术兴起的轨迹一样,前期解决的是有无问题,后期效率的高低才是真正的较量。例如,威伯科eTrailer、考格尔Kögel Cool –PurFerro、克劳耐eCool Liner等等,新技术、新产品层出不穷。

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在重载的情况下,牵引车一般持续爬坡速度都比较慢,发动机一般都处于高负荷状态下,甚至在部分吃力的情况下,不得不通过降低挡位拉高转速来为整车提供动力。如果挂车带有电驱桥之后,在爬坡状态下,挂车能够直接提供动力,相当于后边有人推着上坡,自然更轻松,发动机也可以工作在更低的转速区间,从而达到更好的燃油经济性。

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施密茨推出的S.KOe COOL冷藏半挂车的核心为发电桥、磷酸铁锂储能系统(电池组)以及纯电冷机。从官方资料来看,这款车的第二轴为发电桥,这一车桥可以通过与车轮联动的电动部分实现滑行能量回收和制动能量回收。

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“发电桥”安装在第二轴位置是为了兼顾负载和发电效率,同时也能平衡各轴之间的滚动阻力。而且,从悬架结构来看,欧洲诸多挂车第三桥为提升桥或随动转向桥,所以第二桥安装位置是最合适的位置。

在标准的三轴冷藏挂车上,电驱动车桥一般安装在第二轴的位置,以此来平衡重量及各车轴阻力,但纯电冷藏挂车采用的并不是电驱桥,而是发电车桥,它负责在车辆刹车时进行动能回收,将动能转化为电能,充进挂车自带的电池里。

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▲18-26t BPW eTransport

2、SAF TRAKr/TRAKe

2018年汉诺威车展上赛夫华兰德SAF Holland展出了两款挂车车桥—SAF TRAKr和SAF TRAKe。

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在车轴中部位置,SAF TRAKr装配有400V发电模块,在制动状态下,可以通过高压发电机模块对动能进行回收,从而对车辆的蓄电池进行充电。

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SAF TRAKe 是一种带有再生制动和辅助电力驱动(最大功率120kW)的挂车桥,这款车桥可以在恶劣路况下帮助提高半挂车的牵引力和稳定性。

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3、e-Trailer

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欧洲全新打造的第二代电动半挂车e-Trailer,搭载电驱技术的e-Trailer能够使传统半挂车的续航提升650公里以上,同时降低油耗30%-50%。

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Trailer Dynamics GmbH的Newton eTrailer是其首个电动挂车产品,预计将于2023年在德国/欧洲上市。旨在通过集成的电传动系统响应耦合牵引车的驾驶行为,并通过集成的电传动系统为其提供支持。由宁德时代提供电池。

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▲Quelle Newton e-Trailer

e-Trailer在电池方面使用了两款宁德时代提供的磷酸铁锂电池,容量分别为400kWh和600kWh,分别能实现挂车纯电行驶400km和600km。

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在电驱桥方面,e-Trailer使用了来自采埃孚的电驱桥,额定功率为360kW,峰值功率可达580kW,峰值扭矩13000Nm。单从额定功率来看,这款挂车电驱桥的性能已经堪比460马力的燃油牵引车。从使用方式来看,欧洲挂车制造商生产的e-Trailer和国内锣响生产的电驱挂车完全采用了两种不同的方式。

欧洲的产品将电驱动挂车作为整车除主车驱动桥外的“第三条腿”。它能使牵引车在400-600公里左右的中长途行驶中完全不需启动发动机。(除必要时需要启动发动机为制动系统充气)

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经过宝马集团乘用车零部件车队的实际测算,一台五轴牵引车在满载状态下,使用e-Trailer挂车在丘陵和平原路段运营,整体节油率可以达到48%。

4、BPW与ZF合作的电动挂车桥

除了克耐劳公司与Trailer Dynamics公司联合打造的e-Trailer,2023年德国NUFAM商用车贸易展上,采埃孚也带来了全新的AxTrax 2电驱桥产品,以适配更多纯电动挂车。全新亮相的AxTrax 2电驱桥虽然额定功率仅为210kW,但峰值扭矩可达到21000Nm。

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同时,BPW车桥也与采埃孚进一步合作,为欧洲的各大挂车生产企业提供支持更强大电驱桥和更大电池组的底盘附件,以满足电驱挂车的发展需求。

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AxTrax 2电驱桥采用集成化、模块化设计,驱动部分包括油冷式Hair-pin扁线电机、3挡变速器和800V SiC逆变器,峰值输出功率250kW,轮上峰值扭矩26000Nm。

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采埃孚AxTrax 2电驱桥集成了电机、变速箱、电控模块等零部件后自重仅约为640kg,而AxTrax 2 Dual双电机版本仅为893kg。从重量对比来说,单电机版本的自重甚至小于一台10升排量的柴油发动机,更不用说传统燃油车的变速箱重量和传动轴带来的额外重量了。

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这款电驱桥还提供双驱版本,在其AxTrax 2 Dual(6X4)双电机版本上,峰值功率为450kW,峰值扭矩约为54800Nm,这套电驱系统是目前重型6X4卡车比较理想的选择之一,它可以在6X4卡车之上实现动力的无缝切换。

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作为可以应用在挂车中的电驱桥,AxTrax 2可以在制动过程中回收电能。通常能量可以暂时存储在电池中,可供电动车桥来推动挂车行驶。

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5、电动挂车桥在国内的适用性分析

第一、经济性

这种可实现能量回收的挂车,的确能够带来一定的经济效益。但是从整体层面来看,在国内现阶段标准的冷藏挂车都尚未全面普及的情况下,价格贵上好几万的电动挂车只能说是道阻且长。对于运输企业而言也是如此,如果投资回报周期过长,那么注定它很难在国内市场受到欢迎。

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▲SAF-HOLLAND eTRAKr

第二,产品适配性

目前国内的冷链运输行业并不是一车一挂,同样也会存在着甩挂运输场景,因此可能会出现主挂不匹配的情况。尤其是现阶段有不少的冷藏挂车为二手海柜改装而来,与现在的牵引车本身可能就会存在一些主挂不匹配的现象。以电动冷藏挂车为例,其能量回收时的制动控制策略与普通挂车有明显的不同,国内量产的牵引车,在这一方面匹配调校暂时没有太多先例,不恰当的主挂匹配可能会进一步延伸其他问题。

由于挂车有了动力以及动能回收两项功能,所以它就会带来一些相对应的问题。比如整车要加速,挂车电机要输出多少动力才能让整车动力不突兀、又能辅助车辆加速?另外,在刹车或者需要减速的时候,动能回收设置多少才能给出合适的制动力?

如果动力过强,不仅车辆开着会不舒服,在弯道过强的动力还会让人和货物的安全受到影响。而制动过程中制动力过大、减速过度,轻则速度下降过快,需要频繁再加速浪费能量,重则跟主车刹车共同作用,可能会产生急刹导致车辆失控或后车追尾。

针对这些问题国内的供应商锣响的解决方案是:“它的BMU控制器可以通过采集驾驶员驾驶行为,结合商用车发动机数据,计算电驱桥动力回收与驱动策略参数,实现混合动力输出和缓速功能。”

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第三、应用场景

在欧洲,1000公里足以从德国柏林跨越至意大利米兰,甚至中途还能在瑞士喝一个下午茶,显然一般的冷藏运输不太会出现在这样的场景之中,这种电动冷藏挂车更适合于200-300公里的跨城运输场景,与国内动辄1000-2000公里的场景有着明显的差异。

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当然,这种纯电冷藏挂车非常适用于排放要求严格的地区。除了零排放之外,甚至在噪音控制上它也有着极大的优势。至于大家担心的重量问题,从考格尔、施密茨等企业推出的电动冷藏挂车来看,其新增的电池、电机等零部件与过去的传统发电机组重量几乎相当,不会带来额外重量的增加。

6、锣响电动挂车桥

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2022年2月16日,锣响发布自带110马力动力的“全球首款”混合动力半挂车,配备了挂车电动动力系统,展示配套牵引车为东风华神品牌,目的是帮助传统半挂牵引车减少日常行驶中的油耗,同时电驱桥的动能回收功能也可以作为辅助制动,帮助车辆在下坡工况下提升安全性。

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锣响集团联合同济大学共同研发,运用P4架构的轮边/后桥集成式电机驱动方案,使用电驱桥、动力电池、电控、BMU控制器等模块,将驱动电机安装在半挂车车桥上,以实现辅助驱动与能量回收的功能。

锣响挂车电机峰值功率160kW,搭配一块容量为40kWh的电池,根据厂家公布的数据,该系统能够满足电动挂车大约40公里左右的续航。

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工作原理简单概况就是:主车和发动机以及各种传感器给信号到BMU控制器,再由电池控制器对电驱桥进行控制,让电驱桥在特定工况下进行工作。在行驶过程中,采用主动刹车的方式进行发电,将多余的动能进行回收储存,自己发电自己用。

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但由于该挂车没有设计充电装置,所以如果想对电池组进行充电,只能通过下坡时的动能回收或平路溜车的方式对电池进行补充。

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锣响生产的电驱挂车主要是利用挂车的电能为牵引车提供动力补充,在刹车时,动能会被回收形成电能,在上坡或起步时,电能又会辅助前进,即“上坡能助力,下坡能助刹”,从而实现节油。在一些官方报道中,通过调整整车动力分配,锣响混动挂车的节油率能达到15%-20%,单台牵引车一年可节油9000L,挂车电驱桥也能支持车辆的纯电行驶,但受限于电池容量和电驱桥功率的限制,不能长时间进行高负荷使用。

目前有消息透露,锣响的这款混动挂车售价是19.7万元,这个价格确实是高,毕竟有着电机、电池、电控等,而一般传统挂车不超过10万元。

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不过由于混动挂车自带有最大217马力输出,在购买牵引车头时,就不用选太大马力的,相对也节省了一些成本。同时,混动挂车具备辅助制动功能,就不需要液力缓速器了,也不用冒险去加装淋水器和水箱,这也节省了不少成本。

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挂车上多了电机、电池、电控等装置,难免会增加车辆自重,据悉,锣响混动挂车的自重是6.8吨,在轻量化设计下,还是比同级传统挂车重了几百公斤,随即带来的就是载货量的减少,这就直接影响到用户的收益了。锣响也留意到了这一点,便对其进行结构优化,采用宝钢全新材料的高强钢材料,做到有效减重约300公斤。

具体到节油数据,在一次云贵川区域测试中,混动挂车和传统挂车均月行驶13000公里,得出前者百公里油耗是46L,后者百公里油耗是55L。

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7、成本和经济性核算

(1)电池:100度电5万元

(2)100kW电驱桥,输出3000Nm,助力500km,2万元

(3)逆变器、线缆、充电机等配套件2万元

(4)横梁、推力杆、板簧支座等新增的结构件1万元

上述成本增加10万,电池+电驱桥+附件+结构件总重增加2吨。

每天充一次电,按0.8元/度,100度电池包每天电费按80元,按照2年回本,10万元除以700天,每天成本均摊143元,也就是挂车桥每天费用=80+143=223元。

除了固定费用,还有自重增加2吨带来的少拉货的损失,按照每天跑800公里,运费按照吨公里0.2元,少拉2吨每天损失0.2元×2吨×800公里=320元。也就是每天成本223+320=543元。

省多少油能赚回来543元?反推:

柴油价格按7.5元/升,520元是73升,每天800公里,需要百公里油耗降低9升才划算。

半挂车按照百公里油耗40升,也就是节油率要达到22.5%才划算。

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