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[工程技术] 中国重卡:电动vs氢动

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 楼主| 发表于 2024-4-27 05:13:13 | 显示全部楼层 |只看大图 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式
中国已经是电车超级大国。说起来,中国电车还是电动大巴先行一步,轿车是后来才爆发性增长的。但是,卡车似乎是明显的缺板。6 ]8 e$ @* K. h" v0 D

* P# D) j8 E# L" s中国是重卡大国,占世界40%左右。中国重卡与世界主流一样,柴油机驱动为主。在电车时代,电动重卡是否会取而代之,自然成为人们的关注。* e, o! H' d/ E2 C! l9 j

$ w9 o  J, a( B柴油机卡车扭力大,省油,性能可靠,服务链完整,但噪声大、污染大。电动的话,扭力更大,无噪声,无污染,使用和维修更便宜,似乎是理想的替代。但在电动公交已经接近一统天下、新能源轿车(包括全电和混动)市场渗透率已经过半的现在,新能源卡车似乎并没有太大的声色。. D* w9 G. v) W! ^: b; b/ t
/ C3 G/ V) K. _7 U' |: J8 Z
曾经有一个时间,卡车与大巴共用平台。现在大巴基本上使用专用平台,不再与卡车共用。这是因为大巴需要:! j! L2 W8 N$ y

3 M# B; _+ e2 m, G; o5 n1、        平台低,便于上下
" y) ^; w4 H- }2 I9 M2、        发动机后置,缩小占地和提高车内空间利用率,也降低车内噪声和气味' P  r" H. x0 A# q! Z5 Y& G7 U

  T3 Y2 {0 n. I# H% F5 P1 m公交大巴频繁启停,每天晚上回车场,也特别适合电动的使用场景。( l1 ^% n: `9 g8 `% Y( ~" N! h1 H* k  a

! j0 y* d' L& z相比之下,重卡以牵引车为多,平台高低无所谓,发动机前置后置也无所谓,前置还有降低风阻和提高碰撞安全的好处。最重要的是,重卡一上路就要开很远,长时间巡航的要求远远超过频繁启停,每天晚上也未必有正轨的停车场可以停放。1 h/ X6 E" |" K* _6 [& N
& v, R" M: i6 P! e% c; N
重卡电动化的话,必须提供足够长的巡航里程。超过1000公里是起码的。电动轿车有声称达到1000公里行程的,但在实用条件下要打折扣。
# ]8 S- v( d( e7 L# V; \9 G4 Z1 m4 ~5 P
据说深圳有过一段电动的泥土车,但没多久都淡出了,看来电卡还是有问题。
9 E9 l# _+ n! M
2 g5 d. }7 Y, x6 @+ z重卡有单车和拖头,泥土车是单车,使用模式上还有可能比照电动公交。拖头的问题更大。不过电动拖头有一个优势:不仅自带电池,拖车底盘里还可以放满电池,增加续航里程。
3 |* ?/ k" ?3 Z9 u. Y% s( B5 x: ?% J  d" a9 Y4 ~
电池的重量是最大的问题。不管是电卡自带电池,还是拖车帮着分担电池,电池总重非常可观,在路上的全重是个问题。道路、桥梁都很吃重,过磅缴费可能也是割肉时刻。
, K7 X: a1 R* \
/ _( w1 H* Q) A2 D: e, K轿车全重里,人的重量占比很小。电池比内燃机重,全车空重增加一般在10%一级,变化不算大,对道路、桥梁等问题不算大。电卡就不同了。
7 @! l! a7 K4 r& |' s4 \! f2 {2 w4 }' E( J7 s
以北美典型重卡拖头为例,油箱在450-500升。柴油密度为0.84kg/升,1kg可以产生能量9600千卡,1卡=4. 185焦耳,1度=3600千焦耳。 柴油机的效率取40%,不计发电机损耗的话,1升柴油可以产生的能量约合0.84*9600*4.185*40%/3600=3.75千瓦-小时电能。500升柴油相当于1875千瓦-小时,重量420公斤。
$ J4 N$ ?9 G6 Z8 S/ U7 f6 J- O* L
: F2 {0 C0 i& j$ a) P相比之下,小米SU7的电池容量约74千瓦-小时,重量579公斤。把25个小米SU的电池组绑在一起,在能量方面可以达到要求,但重量就奔14.5吨去了。典型重卡拖头全重也不过7.5-8吨。这样的电池重量是不可接受的。
8 y4 J/ U( w1 e1 t" |1 w; [8 z
  W1 t- m! A; [6 J8 Z, Z把电池重量分摊一半甚至2/3到拖车,重卡拖头的重量降低了,但拖车的有效载荷就降低了,拖车的成本也大大提高。为了提高效率,在整个物流体系里,一个拖头对应很多拖车,每个拖车都自带电池将大大提高拖车车队的成本,并降低可拖运的载荷,这是不得不考虑的代价。! Q, {2 x5 O& n& Y4 U7 D% `/ k

: E2 t+ N. _. ]' |电池重量全部集中到拖头可以避免提高拖车成本,但轴重成为很大的限制。现在拖头大多为三轴,要保持同样的轴重的话,至少需要提高到八轴。这不是上公路的集卡拖头,改行拉“高丽原木”了。拖头的长度和复杂性不可接受。  t  h* Q2 S' j( c$ \! K
+ E. @' R) I7 B1 [% N8 i# T1 j
特斯拉Semi已经跳票几次,现在说2025年底推出。希望马斯克不要染上“印度病”。据估计,Semi重达12.5吨,公路行程只有800公里。作为对比,2015年的Volvo 730只有8吨,有150加仑(570升)油箱,可以舒适地跑1600-2300公里不需要加油。) k6 i+ l: [; T8 k* G% r. b

; P  f4 G2 K* \- o- O9 ]! c) I1 u在美国,法律规定卡车司机连续开车700英里(约1100公里)必须休息10小时;每周典型实际里程约4000英里(约6500公里)。如果每一个过夜地都有充电的话,800公里行程依然意味着基本上每天都必须中途充电。快充可以在30分钟内充到80%,这意味着每周有2.5-3小时需要消耗在路上充电中,这还是假定其余充电在休息的10小时里完成,否则每周充电要累计占用4个小时。4 u2 [3 i' f  A; c2 n
3 R  z* ~. y  ^1 f3 s' }
如果加油的话,大部分加油都不必在路上进行,假定所有加油都在路上而不是过夜地,停车加油也累计不超过1小时,每天的时间可以充分用于赶路。这意味着每周2-3小时的额外盈利时间。这是很可观的。1 Z1 R6 O4 E& e2 N1 S" ?3 w
, I' W  F6 h1 M% u
中国卡车司机和交规有所不同,但美国的例子还是可以用于比照的。" u9 U5 x: E0 N! v" m: V+ F5 n7 C: N
0 }, C" }7 p0 ]
换电池是一个办法,但很多具体问题使得换电池“看起来很美”,蔚来正在体会到此路艰行。3 l4 i- ?8 q3 y4 i$ b$ {

9 g( Y0 T8 |. ]  B4 e9 P氢动的话,最大优越性是“加油”时间短,系统重量轻,行驶里程长。5 @- e( x) p/ z+ y* _6 e

% P# n! t( U& Q7 Z% \氢动可以直接走内燃机路线,但现在一般还是考虑燃料电池,尽量利用电动的好处。9 B- l7 [! M/ J# t5 L5 f

7 U: P" F, T  L" @, ]6 i2 b氢的能量密度高达120MJ/kg,相比之下,柴油只有42-46MJ/kg。也就是说,按重量的话,只需要1/3多一点的重量就足够了。问题是氢在常温常压下是气态,密度为0.084kg/立方米。也就是说,500升柴油同等能量的氢气体积为1650立方米!这不是卡车油箱,比“伯克”级驱逐舰的油箱(据说约400吨或者475立方米)还要大3倍!
' K7 W* \& _) Y: N) a; }2 p$ p
# L$ u+ C( v1 q' j4 K加压可以缩小体积,但压力容器本身重量可观,安全性挑战更大。氢因为分子小,无孔不入,容易造成金属氢脆。氢泄露的话无色无味,连氢火焰都接近无色,很淡的蓝色在夜色里也只是隐约可见,在通常环境下很难看见,只看到扭曲升腾的热空气。
3 v" @9 I$ E; y/ K0 [7 R3 E2 Y; R# q8 `' ?. ?
液化能进一步缩小体积。密度降低到70.9公斤/立方米,也就是说,420公斤柴油的能量可由不到150公斤的液氢替换,需要约6立方米,但温度低达-253C。
5 J* @1 [9 v% Z1 J1 ~5 {5 c
% w  Z  H9 `0 Q4 W% U3 ?拖头上腾出6立方米的空间是有可能的,但这么大的液氢容器轻不了。6立方米的常压钢制容器大约1300公斤,加上保温和受热气化升压的加强可能还得加倍。但2.5-3吨的容器重量比14.5吨的电池要轻多了,液氢本身的重量反而可以忽略不计。5 J% G  \( G* g1 o4 C3 I. M; `& T

" L/ U' B5 T* H& s  q% z5 V5 H/ ]氢有泄漏问题,作为家用车辆,要长时间停在家里活着工作场所的密闭地下车库里,安全挑战很大。但氢动重卡基本上没有停地下车库的问题,少许泄漏直接就散发到空气里了,问题较小。商用车辆的维修条件也较好,检查较严格,安全相对容易得到保证。
; C; y# C5 h& m" c5 ^( r0 _. `; I
充氢需要解决接头密封问题,此外和加油速度差不多,比充电快多了。
) b& ?- c8 L2 ?: ?7 V8 W
6 v# K$ [: e3 ]9 V电动和氢动是互补的技术路线,本来就不应该非此即彼。在不同的场景下用最适当的技术才是正道。对于重卡来说,尤其是拖头来说,氢动可能更加适合。* U4 h6 _& L0 g9 N2 @2 d6 F
, y+ _, w5 P8 j- X
短途使用的泥土车、送货车需要看情况,原则还是电池重量不至于造成过度影响。
4 @( `% f' g( t& j9 S! z; f5 A( J" s7 S0 t8 U+ K
公交已经电动化了,这是正确的技术路线。旅游大巴其实还是柴油机为主。0 Z" y$ v/ F) t2 l% K. P

2 Q! [) e) X- d6 X7 ^旅游大巴与公交大巴的使用场景不一样,但更接近重卡单车,早出晚归,而不是远程连续使用,可能也以电动为好。旅游大巴对地板下空间高度不敏感,正好放电池,就是要解决重量问题,可能三轴要成为主流。

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沙发
 楼主| 发表于 2024-4-27 07:30:25 | 显示全部楼层
料理鼠王 发表于 2024-4-26 17:01$ T/ e1 Q% i, e0 g: k/ P
难道不能混动,按照理想这种增程式方案?1 L' p) o/ A8 E9 t% C
只要发动机能稳定运行,其实电池的重量完全可以减下来。6 Q. M4 n: _+ H" k
如果是两 ...

) R+ m1 c7 X" o8 U" [是啊,卡车好像不大有混动的。可能是必要性的问题。
- B$ |+ i) P6 m! W3 u2 J2 L
4 s6 N) t" U; D' J* h- Z7 k卡车的发动机功率以长途巡航为设计基准,加速、爬坡等考虑较少。加速不是问题,爬坡只有慢慢爬。那混动什么时候用呢?
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板凳
 楼主| 发表于 2024-4-27 13:14:58 | 显示全部楼层
史节 发表于 2024-4-26 19:39! a, {- t: k9 D# z' u/ A# N
正好前一阵在微博上看到有人转载关于氢能重卡的文章,
5 y: s0 {" ^' h2 Z@姬永锋
1 c4 Y# D3 {* y5 ?  k% n摘自愚老头 锦缎

: `0 L* y1 s/ H, q这东西卷起来的话,对动力氢燃料电池都是极大利好。过剩电能制氢,燃料电池用于低谷补电
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地板
 楼主| 发表于 2024-4-27 13:18:28 | 显示全部楼层
五月 发表于 2024-4-26 19:571 P& \5 S9 {8 z3 R& j
补充几点哈。
7 h; E1 a1 }! y( F, s  V! q3 q4 e  u6 R0 {/ Z4 S' V- _) s) H
一个是油耗和成本。用电的重卡成本比用柴油低得多。这在极度成本敏感性的运输行业非常有吸 ...

& E2 t/ P& K6 q) W3 @) W2 ^' t* [想了想,除了超载爬坡,混动的最大好处还是在于能量回收刹车,这对不断上下坡很有用
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5#
 楼主| 发表于 2024-4-27 22:04:43 | 显示全部楼层
五月 发表于 2024-4-27 03:43+ m  C  c" G+ {$ T
是啊,这个好处算在油耗低里面了。0 t  W. f- d2 c2 z0 ~1 y
1 U4 b3 e& ]$ U2 @) _5 U
另外听说矿卡电动化进展很顺利。不过这个行业比较小而且封闭,新闻 ...
: ~9 n/ l  @8 W3 C
矿卡早就混动化了,利用电动机扭力大的特点。但那电池微不足道,主要是柴油机直驱发电机,电动机直驱轮子。

点评

油墨: 5.0 油菜: 5.0
给力: 5.0 涨姿势: 5.0
油墨: 5 油菜: 5 给力: 5 涨姿势: 5
  发表于 2024-4-27 22:56
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6#
 楼主| 发表于 2024-4-27 22:05:21 | 显示全部楼层
tangotango 发表于 2024-4-27 03:09
8 @4 C0 x& P4 o7 S# ?5 C, }" g氢的贮存运输问题太大了,为啥燃料电池不能用甲醇?

# j; F2 J, @- b: q  O能啊,氢燃料电池更加成熟,无污染。甲醇还是有二氧化碳排放吧
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7#
 楼主| 发表于 2024-4-28 00:37:17 | 显示全部楼层
赫然 发表于 2024-4-27 08:44
0 j% I8 O3 n/ G  O' N& L% i* d/ m; y不用争论了。国内重卡的电动化,现在搞的轰轰烈烈!只是铺开需要一点时间,到底产业链的建设刚刚开始了两三 ...

) ^' e+ ^- n- x! m  K城市里的delivery truck肯定电动,但拖头的电池重量怎么解决?
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8#
 楼主| 发表于 2024-4-28 11:05:48 | 显示全部楼层
料理鼠王 发表于 2024-4-27 18:13
( B* M) q, f$ k6 w. i9 H9 l想来也是正常,在小型车上成熟的应用,相信这些优点也会被重卡继承。
% N/ L2 L5 w0 m; f6 l. a' w& T( r而且重卡不需要考虑电池包的重量和 ...
0 m' I! X$ Z! c( [1 [
对电池包重量不敏感是在重量不离谱的条件下。如果电池包需要十几吨重,还不敏感吗?
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该用户从未签到

9#
 楼主| 发表于 2024-4-28 11:08:30 | 显示全部楼层
五月 发表于 2024-4-27 19:54
& r$ y" I& L5 D1 y9 y纯电重卡续航里程不需要达到一箱柴油的里程啊。目前纯电重卡的里程只有200-300公里。充电确实有些困扰 ...
7 K6 x! W: u% `, Q& M) j2 t% X
不对吧!
8 m4 o: X1 h4 n+ v( ?" l5 R4 l$ l: j# \
重卡司机是靠在路上跑赚钱的,不是靠休息赚钱的。他们并不乐见不得已的休息时间。
. K: o$ [1 O; M/ a6 p: ?, f) {
& z. j6 {" O( Q' E. @% K$ I国内拖头司机可能工作模式不一样,在北美的话,200公里行程是non-starter,货场里调度用用还差不多。
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10#
 楼主| 发表于 2024-4-28 12:06:07 | 显示全部楼层
赫然 发表于 2024-4-27 21:33  ?- A8 R+ ~# w1 r" Y
这个要分工况和场景。重卡大部分场景是点对点的运输,这个非常适合电动。在固定点建设充电站,把电池充着 ...

% k8 F5 Z, @% h9 e6 I还有一个可能:中国拖头跑短途居多,长途直接上火车了。那样电动就很合适。
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11#
 楼主| 发表于 2024-4-28 12:54:25 | 显示全部楼层
五月 发表于 2024-4-27 22:17
- |' |) ?. V8 g) k: V6 r3 i; X6 t5 ?北美货运是以运输公司为单位接单。运输公司接到单后,安排司机执行。这样需要尽可能快地完成订单,腾出 ...
. h+ Z# P0 Y0 R! F
不对吧,司机自己接单,难道不和出租司机一样,接单越多赚钱越多?接不到单没办法,但是很难想象他们会主动休息。
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12#
 楼主| 发表于 2024-4-28 21:00:54 | 显示全部楼层
石工 发表于 2024-4-28 01:18$ U" N* A. w  S0 A7 L
也可能是第三种办法:公路本身的电气化,然后给车装个辫子。# f% k- U+ r  l; s7 _1 A

/ H2 `5 S$ d: M西门子从2017年就开始铺线,到2021年,弄了三 ...
1 ]8 @$ \4 s* o. N
这就是电气化的轮胎铁路的思维。我看走不远,完全丧失了公路的灵活性。除非这也是混合模式,长途“挂辫子”,短途独立跑。
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13#
 楼主| 发表于 2024-4-29 08:58:19 | 显示全部楼层
小书童 发表于 2024-4-28 11:19: H. F; o2 m  ~2 T' Q: a- R' s
还有一点,中国对电动车的全面拥抱,是否还有对核聚变商用的自信心?
$ H8 c: D7 C( l% F% C
那东西太遥远,50年内怕是指望不上
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14#
 楼主| 发表于 2024-4-29 20:57:31 | 显示全部楼层
隧道 发表于 2024-4-29 03:026 n8 D: J! v$ u( V/ {
一块备用电池,走一段不适合拉电线的路衔接一下还是问题不大。
5 S* a' i( H3 I5 Z0 E3 @- A, O也不是啥新鲜事物,只不过前几年拆无轨电 ...
# E! F* F9 M- W2 r
那是现在人对无轨电车直流电的危险性没认识……8 h/ T" B, A$ m, @7 _8 b
5 y7 l" `: o+ [. M3 i' _- v; u0 B! c
那东西真是不安全
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15#
 楼主| 发表于 2024-4-29 21:03:34 | 显示全部楼层
石工 发表于 2024-4-29 06:03* W7 d! q6 V1 Y, A9 A' h8 y
就是长途辫子加短途电池这个路子,纽约时报的文章里有两段踩到这个点。
0 O" Y9 a' g" F! r
见过无轨电车掉辫子吗?铁路与公路不同,平直。卡车不时转弯掉辫子,然后所有车等它?
  c0 ~$ [3 [+ w- v  _* x
* ^& t! w& j. ]! |4 r3 {/ [; J大量卡车挂在同一对电线上,这个电流可是大得很。超载保护跳闸,然后所有人统统不用跑了。电线出事故触地,周围都是高危区。电路是隔离的,公路可不行,还可能离居民区很近。
$ D% Y' C; E# V$ I6 w' `2 H2 G" I9 J1 F$ r" v! A; A3 s3 W& E: e, b: R
挂辫子还有速度问题,大家一样速度,有通过流量问题。
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16#
 楼主| 发表于 2024-4-29 21:14:58 | 显示全部楼层
隧道 发表于 2024-4-29 07:02
2 ^# ]8 b# K9 y2 t" _6 p$ t# W2 X目前计划推广的就安全了?( z# S* X% I! i7 l9 i
再说只是基础线路,用什么电改起来不难。好像还没出现新的更安全的用电种类。 ...
5 W2 t- ~; K) H' W& H2 n# M
目前推广的是什么计划?0 O9 e, n+ \: X& N
& c; Y3 u; M1 z8 P. W, u
交流电和直流电的安全性有很大差别,谁用过谁知道。
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17#
 楼主| 发表于 2024-4-29 21:47:49 | 显示全部楼层
隧道 发表于 2024-4-29 07:33
* z' Z! k. y6 D. ~难道现在推广的是交流?* V5 }# e7 f* Y0 R) J
直流开关都比交流贵多了,不过没办法不都是这么用的嘛 ...
$ _# ~2 D% P# {7 A! {
还是没看懂:现在推广,指铁路、电气化公路还是什么?
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18#
 楼主| 发表于 2024-5-7 21:46:47 | 显示全部楼层
五月 发表于 2024-5-6 23:58) R2 y4 X; `) f. j, V; N
充电重卡 vs 换电重卡
4 |, X6 b4 L# D/ `" I8 @) W
+ S+ V4 c' s+ s; V这里有篇文章提供了很好的information from the field

) i4 U/ p1 \6 E/ I$ [! k这与中国人“租赁不如买断”的习惯思维是一致的。要到“轻资产、重流水”思维才会有换电的出路。
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19#
 楼主| 发表于 2024-5-7 21:56:01 | 显示全部楼层
大黑蚊子 发表于 2024-5-7 00:408 @% |0 f) u6 u7 `8 h) c0 A1 F8 Y( }" W
矿用机械目前在国内正经历一个非常迅速的电驱替代油驱的过程,这个市场比较小众,但规模一点儿也不小。) O& `/ ?. Z+ C1 W* r5 V1 f
比 ...
2 [# E9 L6 J- I' y
这个信息重要啊!这些专用设备是高价值的,比卖比亚迪赚钱多了。
  i7 d6 i. ]9 ~& J9 T& C
3 `& e# R: Z* \0 j6 f7 _北美压裂设备!这个真是没想到,连这也国内设备占优了!hydrocracking方面原来还是美国强项呢。
1 `  U" G4 t; _1 p' J" `; I+ [- P' F6 {" f8 m2 x9 X
地下矿车非轨化、电动化、无人化不仅经济、便捷,还安全。
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