報告標(biāo)題：

　　TMC2023 演講摘要丨Yole丨800km里程的純電重卡：純電重卡動力總成技術(shù)趨勢

　　作者：楊宇，Senior Technology and Market Analyst，功率半導(dǎo)體，法國 Yole Intellligence

　　關(guān)鍵詞：

　　電動商用車，集成電橋，功率半導(dǎo)體器件，高功率充電，換電

　　要點：

　　1. 全球電動化商用車預(yù)測(2022-2027)，全球商用車用功率半導(dǎo)體市場預(yù)測

　　2. 電動商用車的系統(tǒng)架構(gòu)及功率半導(dǎo)體應(yīng)用

　　3. 電動車高壓系統(tǒng)的集成趨勢

　　4. 集成式電橋和全集成“滑板底盤”

　　5. 商用車補能系統(tǒng)：高壓充電vs換電

　　摘要：

　　根據(jù)我們的預(yù)測模型，全球電動化廣義中型和重型商用車市場(包括MHEV/HEV/PHEV/BEV/FCEV)將在2027年突破30萬輛，2021到2027年實現(xiàn)超過50%的復(fù)合增長率(CAGR)。

　　所需的功率半導(dǎo)體，全球市場在2027年達(dá)到約2億美元，主要增長來自于用于電控的SiC MOSFET模塊，以及Si IGBT模塊。

　　重卡處于電動化早期階段，目前還以“補貼驅(qū)動”為主，向“補貼/法規(guī)驅(qū)動”轉(zhuǎn)換。與乘用車相比，全球范圍內(nèi)，以電動化滲透率來衡量，中型和重型商用車整體有6-10年的差距。此外，商用車分支較多，各不同細(xì)分具有不同的技術(shù)要求和發(fā)展態(tài)勢：

　　· 城市巴士：BEV

　　· 城際客車：混動/BEV/FCEV

　　· 中卡：BEV

　　· 封閉場所重卡：BEV

　　· 開放道路長途重卡：混動/BEV/FCEV

　　商用車電動化的動力系統(tǒng)組成與乘用車類似，以BEV為例，都由主驅(qū)逆變器，OBC，DC/DC等組成，在FCEV中，還涉及DC升壓系統(tǒng)。涉及到的功率半導(dǎo)體主要有Si IGBT模塊，SiC MOSFET模塊，SiC MOSFET分立器件，Si IGBT分立器件，Si MOSFET分立器件，GaN HEMT分立器件。

　　一方面商用車應(yīng)用具有自己獨特的要求，特別在系統(tǒng)的持續(xù)輸出功率，持續(xù)扭矩上要求比乘用車高很多，此外商用車的載荷譜也不同于乘用車，需要更高的可靠性和壽命。此外長途重卡應(yīng)用需要大電池，而充電時間過長則會壓縮商用車的實際運行時間，因此在高功率充電方面，要求更為迫切。

　　因此商用車系統(tǒng)具有以下有別于乘用車的技術(shù)特征：

　　· 800V高壓系統(tǒng)，以及SiC MOSFET模塊為基礎(chǔ)的逆變器

　　· 多電機系統(tǒng)

　　· 集成的多檔位變速箱

　　· 驅(qū)動電橋結(jié)構(gòu)

　　· 多合一高壓系統(tǒng) + 電橋

　　從供應(yīng)鏈角度來看，商用車整體市場較小，在Tier 1級別有較為專門的供應(yīng)商，但從三電供應(yīng)鏈角度來看，功率電子以及電芯級別將不會有專門針對商用車的供應(yīng)鏈，而商用車反過來可以充分利用乘用車在電動化的先發(fā)地位，最大程度“撬動”已有的供應(yīng)鏈，在系統(tǒng)層面進(jìn)行優(yōu)化，快速降低電動化成本。比如Tesla在其Semi truck中，就很大程度復(fù)用了已有的電驅(qū)和電芯，但針對長途重卡應(yīng)用，在驅(qū)動總成上做了相應(yīng)的技術(shù)升級，例如轉(zhuǎn)向800V高壓系統(tǒng)，電橋脫開裝置，適應(yīng)重卡底盤的多包電池等。

　　除此之外，很多已在乘用車上已經(jīng)得到驗證的概念也可以快速引入商用車，比如從“油改電”平臺向BEV專用平臺轉(zhuǎn)換(Tesla，Nikola)，以及進(jìn)一步的分布式驅(qū)動系統(tǒng)-“滑板”底盤。

　　為了實現(xiàn)具有競爭力的長途重卡車型(800km里程電動重卡)，新一代EV專用平臺需要采用如下的技術(shù)路線(不僅限于動力總成)：

　　· 800V電壓平臺和SiC MOSFET模塊為基礎(chǔ)的電控，液冷系統(tǒng)。只有800V平臺才能同時滿足重卡帶電量高，充電時間可接受的要求。而在該電壓平臺下，SiC MOSFET模塊對比Si IGBT的效率優(yōu)勢非常顯著(相差10%左右)，而重卡要求較高的持續(xù)輸出能力，對電控和電機的冷卻要求非常嚴(yán)格，因此需要采用液冷，特別是油冷系統(tǒng)。整車系統(tǒng)的電壓平臺升級會涉及到所有跟高壓相連接的子系統(tǒng)，而且電芯也需要對電機材料做調(diào)整，可以滿足2C甚至更高的充電速度

　　· 系統(tǒng)集成：高壓系統(tǒng)大集成 + 電驅(qū)動橋。高壓子系統(tǒng)的集成在電動車輛上已經(jīng)非常明顯。但與乘用車不同，重卡本身的驅(qū)動橋已經(jīng)非常龐大，另外還有大梁存在，很難再像乘用車那樣進(jìn)行多合一集成。因此重新進(jìn)行系統(tǒng)劃分在所難免。重卡本身還有較多的高壓子系統(tǒng)，進(jìn)行集成，但與驅(qū)動橋分離后，可以實現(xiàn)電功能和機械功能的分離，也有利于同步驗證

　　· 多檔變速箱對于重卡來說是必不可少的，否則目前的電機技術(shù)很難同時滿足低速大扭矩和高速高功率的需求。與乘用車類似，除了布局構(gòu)型外，變速箱還需要集成駐車功能。同時在多驅(qū)動軸布局中，變速箱也需要考慮集成脫開裝置。但總體來講，很多現(xiàn)有的重卡ATM變速箱資源可以得到重新利用

　　· 高功率充電。重卡由于載重要求高，續(xù)航里程要求高，因此電池電量也非?？捎^，所以高功率充電將會是電動重卡得以實際應(yīng)用的必要支撐。目前高功率充電設(shè)施以350kW為主，未來希望可以升至兆瓦量級。這也是為何我們認(rèn)為800V系統(tǒng)在電動重卡上的滲透率要高于乘用車，而SiC MOSFET模塊則是于此對應(yīng)的功率器件。除車端外，需要額外的基礎(chǔ)設(shè)施支持。部分主機廠(聯(lián)盟)已經(jīng)對高速干線重卡專用充電設(shè)施進(jìn)行布局

　　· 全局化的熱管理系統(tǒng)，與乘用車概念類似，需要跨系統(tǒng)的全局熱管理方案，實現(xiàn)對電池包、電驅(qū)、高壓系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)、座艙加熱系統(tǒng)，以及(部分車型)制冷系統(tǒng)的熱路協(xié)調(diào)

　　· 更符合空氣動力學(xué)的整車造型，低滾阻輪胎

　　· “滑板”底盤，CTC等，目前已經(jīng)看到此類方案在客車上的應(yīng)用，對重卡來說，目前能看到全新開發(fā)的底盤(Tesla，Nikola)已經(jīng)出現(xiàn)了一些雛形，以重卡大梁和電池包為核心。比亞迪采用的刀片電池已經(jīng)可以實現(xiàn)部分CTC的能力。但重卡電池由于大多數(shù)都是多層電池布局，因此還有優(yōu)化的空間。此外目前還是以集中式電橋為主，如果可以實現(xiàn)分布式驅(qū)動(例如在部分輕型商用車中)，也有望極大地提高重卡的帶電量，進(jìn)而提高續(xù)航里程

　　另外一個比較關(guān)鍵的問題是補能系統(tǒng)。主流的方案是高功率超級充電系統(tǒng)(Tesla商用車專業(yè)充電網(wǎng)絡(luò)，Daimler Truck – Volvo Trucks – Traton Truck組建了運營超充的合資公司Milence)，而國內(nèi)的換電重卡發(fā)展速度很快，以三一，漢馬，紅巖等公司為代表，但主流重卡主機廠尚未大規(guī)模進(jìn)入該路線。
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