打造下一代卡车OEM厂商面临的挑战以及有助于克服这些挑战的技术

虽然大型货车 (LGV) 和重型货车 (HGV)）只占公路车辆的10%不到，但与使用化石燃料的乘用车相比，它们在全球温室气体 (GHG) 排放量中所占的比例却远大于自身数量的比例，这主要是因为它们配有大型柴油发动机，而且年行驶里程数较高。[1]目前，世界各国政府正在推动运输行业快速去碳化，目标是2030年在欧盟大部分地区，2035年在英国、美国和亚洲部分地区禁止销售化石燃料动力卡车。[2]、[3]、[4]、 [5]但与新型电动乘用车的快速部署相比，商业运输和配送车辆的转型速度一直很缓慢。本文将介绍商用车的电气化现状、当前面临的障碍、潜在的解决方案和先进技术，以及商业运输的替代运输方式。

图源：Mike Mareen/Stock.adobe.com

作者：Mark Patrick，贸泽电子专稿

发布日期：2024年9月12日

商用电动车OEM面临的挑战

全球范围内，电动乘用车的销量正在不断攀升。但在整个商用车行业，电动货车的销量与电动乘用车之间却存在很大的落差。到2022年，采用电动系统（包括电池、插电混动和燃料电池）的货车仅占全球卡车销量的1.2%。[6]同期电动乘用车的销量在全球乘用车中却达到了14%。[7]为什么会出现这种差异？ 因为商用车原始设备制造商（OEM）在向电动化转型的时候面临着一系列独特的挑战。

重量与有效负载的考量

从轻型货车到重型货车，商用车的设计初衷就是用于运输大量货物。重型货车总重量（包括车辆本身和货物）超过3.5吨，车辆型号多样，从铰接式卡车和平板卡车到油罐车和消防车等应急车辆，不一而足。由于需要平衡车身重量（包括电池重量）和有效载荷能力，向电动系统的转型就增加了复杂性。这种复杂性包括优化车辆设计，以确保足够的续航里程和有效载荷能力，特别是当货物需要冷藏时，会消耗更多的电力。

车辆成本

与内燃机 (ICE) 汽车相比，商用电动车的初始成本通常更高，这主要是由于电池或氢燃料电池的成本较高。但我们更需要考虑的是总拥有成本 (TCO) ，包括运营、维护成本以及政府激励措施等因素。商用车的OEM厂商必须向车队运营商宣传电动车的长期优势，并通过规模效益和技术进步降低前期成本。例如，雷诺公司 (Renault) 预测，在欧洲，其电动卡车的每公里平均能源成本将比柴油卡车低40%，适合在城市使用。[8]

基础设施的限制

充电和加氢基础设施对于商用电动车的广泛使用至关重要。纯电动 (BEV) 和插电混动 (PHEV) 卡车通常具有更大的电池容量，但仍需要快充功能以减少停车时间。尽管对新基础设施已经进行了大量投资，但从技术能力来说，目前的充电基础设施可能还不够完善。根据欧洲替代燃料观察站（European Alternative Fuels Observatory，EAFO）的数据，到2023年，欧洲将拥有超过55万台公共充电设施。[9]即使不断投入，欧洲汽车制造商协会 (ACEA) 预测，到2025年，也只有4万个充电站适合中型和重型卡车使用。[10]从网络规模来看，主要交通线路上的充电站和加氢站数量也很有限。例如，欧洲汽车制造商协会预计，到2030年实现电气化目标时，充电站的数量必须增加到27万个，才能支持不断增长的电动卡车网络。[11]要解决这些基础设施不足的问题，需要商用车OEM、政府和基础设施提供商联手升级充电站并扩大网络容量。

法规障碍

法规对于商用电动车市场的形成至关重要。虽然补贴和税收减免等激励措施可以鼓励人们购买电动车，但监管的不确定性或激励措施不足可能会阻碍向商用电动车的转型。商用车OEM需要清晰、一致的电动车支持法规，解决排放标准和车辆安全等问题。

供应链问题

向商用电动车转型需要对制造和服务流程进行重大改革。OEM厂商需要确保电池（图1）、电机和充电设备等关键零部件的稳定供应。这可能需要与供应商建立合作关系、开发新的制造能力，以及为维修技术人员提供维护和修理电动车的充分培训。供应链中断，尤其是全球性关键材料短缺，会给商用电动车OEM带来额外的挑战。

图1：生产过程中的电动车电池组。（图源：IM Imagery/stock.adobe.com）

解决方案和建议

随着运输行业的不断发展，开发下一代卡车成为了一项关键挑战。在实现此目标的过程中，最大的障碍莫过于续航里程的限制。不过，借助技术创新、基础设施建设和供应链强化的战略组合，汽车行业能够有效解决这一障碍。

延长续航里程的技术解决方案

有多项技术进步可用来提高下一代卡车的续航里程。最大限度地利用电池组并提高传动系统的效率，可以显著优化能耗，而采用固态电池则可以提高电池组的能量密度。借助于小型电池的技术创新成果，我们有望开发出更有意义的大型电池。

另外，800V系统等电压更高的电池架构将带来更快的充电能力。在更高的电压下，需要使用先进的碳化硅 (SiC) 器件来取代传统的硅器件，从而在提高击穿电压的同时降低开关损耗。氢燃料电池也是延长续航里程的可行途径。此外，实施换电池技术可以快速、便捷地替代传统充电方式，最大限度地减少中断，优化运营效率。

基础设施建设战略

稳健的基础设施建设对于支持下一代卡车的推广至关重要。这包括在主要货运路线上建立充电更快的充电站，以及整合支持换电池的充电站。此外，建立具有本地发电能力的氢能和可再生能源卡车停靠站，对于偏远地区和离网地点的充电也至关重要。通过投资这些基础设施项目，利益相关方可以有效地解决续航里程的限制，助力商用电动车的顺畅运营。

加强供应链

弹性供应链是成功开发和部署下一代卡车的基础。这需要调整当前供应链以适应先进卡车技术（例如先进的电池系统和氢燃料电池）的采购和分销。另外，促进行业合作以及加强伙伴关系可以缓解供应和服务方面的问题，最终支持创新卡车技术的广泛采用。

进一步的变革

商用车的电气化趋势与乘用车如出一辙。不过，智能汽车传感和控制系统的发展为彻底改变全球运输和配送方式带来了更多可能。

自动驾驶卡车

瑞典公司Einride专门致力于开发自动驾驶电动卡车（图2）。这些卡车可以完全自主地远程控制。不过，当车辆进入比较复杂的区域，例如装卸区或繁忙的城市环境时，也可由驾驶员远程控制。

图2：Einride的第2代自动驾驶卡车。（图源：Einride [einride.tech/press]）

这种自主但又有人监管的技术降低了总拥有成本，弥补了电动卡车较高的初始成本。与依赖柴油的货运车相比，Einride自2019年起投入使用的技术可将温室气体排放量平均减少95%。[12]

最后一英里配送

对于有幸在家办公的人来说，几乎每天都能看到或听到一辆厢式货车或轻型货车从家门口经过，将网购的商品送到家。随着家居和商业配送的日常变化，出现了新的替代运输方式，可以彻底改变最后一英里的配送，特别是在人口密集的城市环境中。

自主送货机器人

一种替代方式是自主送货机器人（图3），例如Starship的平台[13]现已完成了超过500万次送货。这些小型机器人使用12个内置摄像头模块和全球导航卫星系统 (GNSS) 进行定位，以每小时6.5公里的速度在城市中穿梭。

图3：在公共人行道上自主行驶的送货机器人。（图源：Julia/stock.adobe.com）

与其他配送方式不同，这类自主送货机器人由于采用低速电力驱动系统，因此可以在人行道上行驶。这使得它们能够走更多的直线，从而弥补速度较慢的劣势。

无人机送货

在美国，沃尔玛使用无人机送货以提高效率、降低成本和减少排放。[14]沃尔玛使用按需配送提供商Wing和Zipline的无人机，为客户提供快速配送。由于无人机在空中飞行，因此它们可以比传统货车更快、更直接地到达目的地，而且不会陷入交通拥堵。

结语

牵引车和货运车的电动化转型，标志着在不断变化的全球商业运输领域，可持续发展和创新迎来了一个转折点。虽然从电动乘用车的开发和部署中吸取的经验教训可以作为宝贵的借鉴，但商用卡车的独特功能往往需要我们从新的视角去审视，加上全行业的合作支持，才能确保成功。

作者简介

Mark于2014年7月加入了贸泽电子，此前他曾在RS Components担任高级营销职务。在加入RS之前，Mark在Texas Instruments担任了8年的应用支持和技术销售职位，并获得了考文垂大学的电子工程一级荣誉学位。