客车_ 从奔驰“黑金刚”比对中外电动客车研发上的思路差异

本文旨在为新能源信息分析网英国驻华记者马大哈原创，通过奔驰“黑金刚”电动汽车配备的轮际驱动电机技术，整合三元锂动力电池系统，比较中国与外国电动汽车开发思路的差异。

迟到的奔驰“黑金刚”:

在此前的一系列稿件中，笔者介绍了欧洲客车的电气化，比亚迪、宇通等中国品牌在其中发挥了重要的作用。 由于担任伦敦市长，现在英国总理鲍里斯·约翰逊积极推进，伦敦成为欧洲电动汽车最多的城市。

英国最大的巴士制造商亚历山大·丹尼斯( ADL )通过与中国企业比亚迪的合作关系夺取了市场的领先机会。 这也是英国巴士电气化迅速实施的重要条件。 欧洲其他国家主要购买的奔驰、斯堪的纳维亚、索拉里斯、VDL等公共汽车制造商，依然沉浸在柴油公共汽车的梦想中，或者倾向于搭载超级电容器等小容量蓄电设备的双源无轨电车，电池型电气公共汽车的技术发展不容乐观

无轨电车在欧洲的接受度很高

在欧洲，无轨电车成熟技术得到普遍应用。 与电池型纯电气客车相比，电动客车整车重量小，网辐射范围内行驶距离无忧，温度灵敏度不高(在一定范围内)。 因此，在无轨电车线网发达的地区，电池型电气总线的普及很困难。 但是，由于汽车的柔软性差，网络维护价格高的问题也存在，所以以柴油巴士为中心的地区几乎没有考虑无轨电车。 为应对气候变化，欧洲国家制定了电气巴士激励政策，蓄电池型电气巴士得到广泛普及。

多亏了对电车技术的详细知识，太阳能、VDL等制造商很难开发电池型电气总线。 在此之前梅赛德斯奔驰的商用车发售的城市巴士以燃料和煤气为中心，奔驰eCITARO经过长期的研发和测试过程，今年年初首次完成了批量生产交货。

2、奔驰“黑金刚”电动汽车“三电”技术分析:

通过轮边驱动马达(以及轮边驱动桥)的应用，奔驰eCitaro实现了全通道低地板的客舱布局。 因此，该车的“三电”系统主要分布在车厢上部和尾仓。

上图是奔驰eCitaro汽车顶层系统的放大图

黄色箭头:可选安装集电弓

红色电池:功率电池

蓝色箭头:空调(包括热泵)系统

绿色箭头:动力电池冷却单元

根据以上信息，笔者解读三个重要问题。

动力马达和驱动桥

梅赛德斯奔驰eCitaro系列组装了一套由埃索集团( ZF )提供的AVE130型轮廓转轴。 该双侧电动机驱动桥广泛应用于欧洲电动汽车市场(也使用国产品牌电动汽车)，配备2组最大输出功率125千瓦三相异步感应驱动电动机。

与国产品牌普遍使用的单电动机直接驱动(驱动桥驱动电动机单体减速器传动轴)的驱动形式相比，搭载奔驰eCitaro的轮际驱动桥在轻量化、传动效率、机械结构集成度方面具有显着优势。 由于成本和研究开发的困难等原因，国内使用ZF轮边电动变压器桥的巴士制造商很少，独自研究开发相关轮边驱动结构的巴士制造商很少。

电子控制及其集成度

上图为奔驰eCitaro电动汽车后部动力室电驱动各系统技术的详细特写

黄色箭头:电池模块设定水冷管路

红色箭头:空气压缩机

蓝色箭头: DC-DC控制模块

白色箭头: PDU高压配电盘

黑箭头:电驱动系统和动力电池冷却管道补液壶

奔驰eCitaro后动力室高压电缆缠绕较少，配备了动力电池液态热管理系统，大大降低了后动力室发生火灾的风险。 另外，安装在背功率电池模块外部的金属保护框在碰撞时也发挥一定程度的保护作用。 但是，由于该奔驰电气总线没有采用业界领先的“多合一”类控制装配技术，行李箱不清晰，清洁，后期维护困难也有所增加。

笔者在前文中提到，梅赛德斯奔驰早期对电动汽车和电动汽车的研发不积极，其电动汽车产品线更新缓慢，eCitaro未实现批量生产版的更新反复。 作为奔驰电气巴士的“处女作”，虽然不能和业内2019年发售的电气巴士产品有相当大的集成度，但作为奔驰首次亮相的电气巴士，我认为这已经是超俗的表现。

充电方式和电池

奔驰eCitaro机型的电池位于顶部和后部，标准电池容量为292kWh，最大330kWh。 标准配置版本可实现150公里以上典型公交车的行驶距离。 发生了问题

奔驰是如何在狭小的空间里实现搭载了300kWh左右能量的电池的？

由于车内的低地板结构，大多数座位下方都无法安装电池，因此电池只能安装在屋顶和行李箱的小空间内。 在这种情况下，电池的能量密度变得重要。 更高的能源密度是指根据2019年最新的中国新能源总线补贴标准，系统的能源密度超过135Wh/kg，以正常标准的1.1倍领取补贴。 这意味着电池系统能量密度超过135Wh/kg的电动汽车是技术先进的产品。 达到135Wh/kg以上的能量密度，作为磷酸铁锂( LFP )电池，是目前电池技术的极限。 国内的电池领导企业比亚迪，到2020年LFP电池产品能实现180Wh/kg的能量密度。

奔驰eCitaro电气总线上的动力电池总成来自德国的Akasol公司。 为梅赛德斯奔驰提供的镍钴锰酸锂( NCM )三元材料电池的系统能量密度高达221Wh/kg。 出于对公众安全负责的考虑，梅赛德斯-奔驰电气巴士标准配备了Akasol公司提供的动力电池液态热管理系统。 该系统与广泛应用于比亚全系新能源车、开沃电气总线的电池水冷系统原理基本相同，以乙二醇和水的混合物为水冷系统的主要导热介质。 大型冷却单元设置在车辆后方，其占有空间不与上部电池组上下移动。 梅赛德斯奔驰电气巴士重视公共安全。

3、电力客车研发中的中外构想差异:

长期以来，三元电池的安全性一直在讨论，但是为了寻求超高能量密度的特斯拉、未来等品牌车，三元电池热失控，几天之内“三连烧”和“多连烧”的火灾和爆炸事故连续发生。 公共汽车是人员密集的交通工具，紧急情况下避难难度高(动力电池热失控事故通常在几秒内爆发)。 国内厂商对纯电气总线的电池材料达成了基本共识:个别品牌除快速充电使用钛酸锂电池外，所有的低速充电式电气总线，都是正极材料使用磷酸铁锂的LFP电池。 中国工信部对新能源总线的补助金奖励标准相关能源密度的要求，也默认使用LFP电池。

着眼于海外市场，无论是奔驰、索拉里斯等为代表的欧洲品牌，还是以新来福尔为代表的北美品牌，电池的材料都以NCM等三元材料为主。 由于三元电池的高能量密度，欧美的电动汽车厂商在搭载250-600kWh以上的电力的情况下，乘客空间不受大的影响，比柴油车的空间布局更优秀。

但是，国外的主流巴士制造商也会将自己列入磷酸铁锂电池的拥护者阵营。 包括英国历史最长、规模最大的巴士制造商亚历山大丹尼斯( ADL )、澳大利亚最大的巴士制造商Volgren、在亚太地区很多国家推广市场的马来西亚制造商GML等。 这些优秀的客车制造商在CKD模式下，与更有经验的中国主要制造商合作生产电动汽车，当然也沿袭了中国制造方面更加保守的研究开发构想。 近年来公共汽车中使用的磷酸铁锂电池的能量密度提高，随着电池制造商优化电池组的体积，使用磷酸铁锂电池的电力公共汽车也不会像以往那样“膨胀”(电池占据了很多乘客的空间)，而是以伦敦为代表的国际大城市

投入英国的ADL-via电气总线是使用磷酸铁锂电池的厂家中唯一配备电池液态热管理系统的品牌。 墨尔本使用的volgen-via电气总线也同样使用磷酸铁锂电池。

事实上，借鉴国内外电动轿车发展初期，欧美品牌的产品构想也比较过激。 最具代表性的特斯拉电动汽车为了追求理想的能量密度参数，使用数千~1万个松下18650三元电池串联连接，主张“能够承受最高600V的电压，在-70℃~150℃之间正常工作”。 实际上，国内外已经发生了数十个电池过充电而使电池热失控的事故，冷却系统无法高效运行导致火灾、爆炸引起的死亡事故。 背着早期膨胀的磷酸铁锂电池包的via die 6等车，在不发生碰撞的情况下火灾和爆炸事故的数量为0。

和特斯拉不同，梅塞德斯奔驰等欧美品牌的电气巴士采用了三元材料电池，但是没有发生火灾、爆炸等重大事故。 欧美品牌都标准配备了高效率的电池液态热管理系统，是避免高能量密度电池在过充电、散热不良等各种状况下热失控的主要原因之一。 公共汽车是人流密集的公共场所，如果发生火灾、爆炸等事故，结果是无法想象的。

但是，采用三元锂电池的奔驰和欧美品牌的电动汽车，为了最基本的安全性能，配置了更强大的热管理系统。 显而易见的是，用于稳定动力电池温度的液态热管理系统将更多的装载电力消耗给非驱动使用以及对持续距离的影响。 当然，安全与性能的平衡可以通过技术来弥补。 这也是欧美电动汽车销售价格高的重要因素之一。

笔者说

梅赛德斯奔驰eci太郎作为奔驰最初的批量生产电气总线，搭载了异步感应轮侧驱动桥、带液态热管理系统的NCM三元电池组件、简单的电子控制机舱布局和透明的车厢低地板结构。 作为欧洲电动汽车的标准配置，许多欧洲汽车企业和梅赛德斯奔驰一起，以对客户、乘客负责的态度，不惜代价关注电动汽车的安全、效率和可靠性。 稍过激地使用三元电池，提高整车效率对安全的影响远小于不负责任地减少液冷来降低成本。 这是因为高效的液冷技术原本就使“活跃”的三元锂电池的温度成为更舒适的区间，确保安全。

无论是欧美汽车企业主要使用的三元材料电池，还是国内主要厂家配备的磷酸铁锂电池，正极的主要成分都具有活跃的化学性质，具有无法特别控制的热稳定性。 电气巴士的安全问题不容忽视。 液冷只是本来需要，必须在行业内达成共识。 一些国内商用车制造商为了降低价格而没有标准配备电池液冷，对客户和乘客的生命安全是极其不负责任的表现。 在装修华丽外观豪华的同时，公共汽车制造商也应负责保护中国每年乘坐千亿人以上公共汽车的生命安全。

文/新能源信息分析网驻英国记者马大哈