WNEVC 2021 | 蘇州綠控傳動科技股份有限公司董事長兼總經理李磊：礦卡電動化應用分析
2021年9月15-17日，“第三屆世界新能源汽車大會”（WNEVC 2021）在海南國際會展中心盛大召開，由中國科學技術協會、海南省人民政府、科學技術部、工業和信息化部、生態環境部、住房和城鄉建設部、交通運輸部、國家市場監督管理總局、國家能源局共同主辦。本次大會以“全面推進市場化、加速跨產業融合，攜手實現碳中和”為主題，邀請全球各國政產學研各界代表展開研討。
在9月17日下午舉辦的“公共及特定領域電動化解決方案”主題峰會上,蘇州綠控傳動科技股份有限公司董事長兼總經理李磊發表精彩演講。
李磊董事長介紹了礦卡電動化的現狀和發展趨勢，提出礦卡電動化已經處于爆發的前期，相對于傳統重卡，混動動力和純電動技術方案已經在礦卡中有比較好的應用和收益，并且指出礦卡的封閉式應用場景更適合無人駕駛技術的應用和推廣。
以下內容為現場演講實錄：
大家好，我是蘇州綠控傳動科技股份有限公司董事長兼總經理李磊，下面給大家分享一下綠傳在礦卡電動應用方面的一些實踐。
首先介紹一下礦卡分類。剛性礦卡，這種礦卡價格非常的昂貴，主要采用一些機器設備，150噸以上的，由于沒有這么大的變速箱以及這么大的橋，開發成本比較高，都采用電動輪。鉸接式自卸，寬體自卸，早期用6×4的自卸車在礦上運營，大幅度降低成本，開發出來寬一點的橋，做成寬體自卸，目前重量都在100噸以下。
礦卡存在幾個痛點，燃料成本高，招人越來越困難，驅動系統受限。我們也做過礦卡一些燃料成本的調研，燃料成本大概占一輛礦卡收入的30%到40%；第二大成本就是人員，大概占到20%左右；第三大就是車輛的折舊；第四大就是輪胎的損耗。前兩大就是燃油的費用以及人員工資，應該占到50%到60%的成本。而且礦山環境艱苦且作業存在一定危險性，現在人越來越難招。由于驅動系統受限，一般現在大的有500馬力，寬體的礦卡為什么便宜，因為量比較大，一年上百萬臺，所以成本比較低。如果發動機再大一些，成本就直線上升，比如說500馬力的發動機可能10萬不到可以買下來，如果700馬力的發動機可能是30萬40萬，一個500馬力的發動機配的變速箱可能是2、3萬塊，但是一個700馬力發動機配的變速箱可能要二三十萬。因為有馬力的短板，現在礦卡都想往大功率發展，如果做到120噸或者150噸整車價格翻1倍甚至更多，現在寬體自卸往大做是一個瓶頸。
現在電動化在礦卡上也是大勢所趨，政策方面也出臺一些實施意見，自然資源部也發布了《關于加快建設綠色礦山的實施意見》和《國家綠色礦山建設規范》。在礦山上面，也是智能環保并行發展。非道路階段的國4即將實施，現在的礦卡基本上都是國3排放的發動機，很快要實施非道路的國4，跟道路的國6差不多，整個礦卡的成本也會大幅度增加。
三電的成本在客車、乘用車以及卡車發展的基礎上大幅度下降，從原來三四千一度電到現在可能不足1千塊一度電，這個也給礦卡電動化解決了電池成本的問題。國內也有很多礦卡的廠家開始進入這個行業，包括電池、動力系統方面也有很多企業開始進入，同時也有很多礦卡實現自動駕駛，這種封閉道路的使用場景下，電動化礦卡更適合自動駕駛。
這是這些年一些典型的電動化礦卡的應用情況。
我們對比一下不同礦卡動力系統的純電動構型，有電機加變速箱，有電機加變速箱再加電機，還有雙電機加異軸動力不中斷變速箱等等。
電機+變速箱構型這個是現在用的比較多的，它最大的缺點就是換擋存在動力中斷，爬坡的時候需要人工介入，這樣大幅降低運營的效率。
這是相當于兩個電機，中間有一個變速箱，一定程度上規避了它的缺點，在換擋的時候，后面那個電機可以進行一定扭矩補償，但是補償的扭矩相對來講會小一些，所以在坡上換擋，它的作用相對有限，而且綜合成本比較高。
這是國內的雙電機異軸的動力系統，有兩個電機匹配輸入到變速箱里面，優點可以實現換擋的動力不中斷，通過一極減速實現大扭矩，但是有缺陷，由于電機并列布置，轉速不大，而且沒有直接檔，傳送效率比較低。
這是雙電機+同軸動力不中斷變速箱構型，只要想要大扭矩，把電機稍微做長一些扭矩可以做高。動力不中斷和動力中斷相比，就像爬梯子，我們可以想象一下一只手爬梯子，必須要跳起來，如果手沒有抓住上一級可能就掉下來了，但是雙電機好比兩只手爬梯子，這樣可以實現比較高效安全的爬坡，當然這個結構比較復雜，控制起來比較復雜，取消了兩個離合器，換成了電機，電機不像發動機一樣有怠速的限制，所以它不需要離合器。
這是電驅動橋，礦卡的承載比較大，一般都是35噸的承載，現在還有55噸承載的橋，如果橋和電機做成一體，載重的要求比較高，我們做的是雙電機，前面一個電機，后面一個電機，有點類似于特斯拉，也是一前一后，但是它用的是單減。礦卡的扭矩比較大，每個電機對應的變速箱都是兩檔變速箱。缺點就是路面條件比較差的時候電機振動比較大。比如說兩個電機其中一個打滑了，另外那個電機的驅動力沒有辦法傳到這個橋上面，所以在容易打滑的路面上，這種雙軸驅動就不太合適。也有電動輪的結構，國外主要是西門子、GE。
我們認為未來動力不中斷的，一旦用起來之后逐漸會替代動力中斷的，因為它保留了動力中斷的優點，規避了缺點。這個是我們開發的單電機方案，可以達到2400Nm的輸出；雙電機方案，前面兩個電機，看起來是一個殼子，其實是兩個，并且是獨立驅動，是雙輸入結構，最大功率可以做到700kW，這也是提高馬力比較好的方式，比如說發動機，不可能裝兩個馬力的發動機，電動車100kW不夠可以裝兩個電機，不行的話三個電機四個電機。
這是在運營效率層面對比分析，雙電機的方案運營效率更高。從應用場景上看，不管是滿載上坡還是下坡使用效率都會比較高，單電機沒有辦法控制電機高效不高效，雙電機可以根據當前電機的效率隨時進行換擋，它的運營效率也會更高一些，這是耗能方面，通過電機的扭矩分配，使得綜合效率更高。
這是我們雙電機在沈陽某個礦上的運營情況，這個礦是空載上坡，滿載下坡，每天大概跑40趟，一年下來可以節約29萬多的能耗，2年左右就可以收回成本。
我們看一下混動礦卡。純電礦卡適合空載上坡滿載下坡，對于滿載上坡，哪怕裝了五六百度電很快就耗完了，滿載上坡怎么辦？有很多的路況純電是滿足不了這個需求的，結合混合動力系統解決這種應用場景。
第一個是并聯的混動方案，第二是雙電機的串并聯，原理和DMI是比較接近的，只是在DMI的基礎上加了變速箱，在輸出功率方面，總的輸出功率比傳統的發動機大一些，提高了動力性，但是串并聯的系統，因為有雙電機驅動，所以能力更強。混動應用更多是滿載上坡，如果是換擋動力中斷，爬坡不容易換檔，并聯在爬坡的時候也會出現中斷，導致沒有辦法換擋，使得發動機油耗比較高，而且運營效率比較低。但是混動的運營效率方面肯定是大于傳統車的，并聯的方案和雙電機的方案相比還是有一定的劣勢，節油效果也是雙電機的效果更好一些。
這是并聯系統方案的運營實例，在鄂爾多斯運營，也是一個滿載上坡的工況，傳統車單趟時間17分鐘，混動單趟時間14分鐘，運營效率提高17.6%，這是傳統車的油耗，混動油耗降低20%。這是我們雙電機串并聯方案的應用實例，在龍陽的紫金礦業，大部分坡度在10%左右，有的在25%以上。根據礦上的統計，在20天大概有10萬的運費收入。傳統內燃機由于動力有限，混動系統綜合馬力大，提升30%以上，可以拉到27方，單次運輸能力方面提升20%，混動礦卡的爬坡車速11到12km/h，這也是受限于礦上不允許超車，如果可以超車，車速可以到15到20km/h，運營提升50%以上，傳統車的運費收入一天大概3500元，混動礦卡的收入一天5000元。省油對于用戶來講只是很少的一部分收入，我們的想法讓用戶多賺錢，一天的收入多了40%，這可能比他省500塊的油更有價值。這是綜合運營下來，傳統礦卡的油費占運費的40%，混動礦卡油費占運費比例不到30%，這是滿載上坡情況下的節油情況。這樣算下來每年可以多掙50萬塊，一部分是收入多了，第二是油少了，50萬相當于半年多可以收回新增的成本，每一輛車，假如說用5到6年的壽命來算，不說可以節約多少錢，但是可以多掙200萬。
最后做一個小結，在碳達峰碳中和這個政策的指引下，礦卡的電動化已經處于爆發的前期。整個綠色礦山會受到國4的影響，相對于傳統重卡，混動和純電動現在已經開始有比較好的收益，并且礦卡的使用場景更適合無人駕駛。我們綠控將來會針對礦卡的需求，在混和動力和純電動動力系統方面做出更高性價比的產品。
感謝大家。
（注：本文根據現場速記整理，未經演講嘉賓審閱）
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