打造下一代卡車OEM廠商面臨的挑戰(zhàn)以及有助于克服這些挑戰(zhàn)的技術(shù)

雖然大型貨車 (LGV) 和重型貨車 (HGV)）只占公路車輛的10%不到，但與使用化石燃料的乘用車相比，它們?cè)谌驕厥覛怏w (GHG) 排放量中所占的比例卻遠(yuǎn)大于自身數(shù)量的比例，這主要是因?yàn)樗鼈兣溆写笮筒裼桶l(fā)動(dòng)機(jī)，而且年行駛里程數(shù)較高。[1]目前，世界各國(guó)政府正在推動(dòng)運(yùn)輸行業(yè)快速去碳化，目標(biāo)是2030年在歐盟大部分地區(qū)，2035年在英國(guó)、美國(guó)和亞洲部分地區(qū)禁止銷售化石燃料動(dòng)力卡車。[2]、[3]、[4]、 [5]但與新型電動(dòng)乘用車的快速部署相比，商業(yè)運(yùn)輸和配送車輛的轉(zhuǎn)型速度一直很緩慢。本文將介紹商用車的電氣化現(xiàn)狀、當(dāng)前面臨的障礙、潛在的解決方案和先進(jìn)技術(shù)，以及商業(yè)運(yùn)輸?shù)奶娲\(yùn)輸方式。

圖源：Mike Mareen/Stock.adobe.com

作者：Mark Patrick，貿(mào)澤電子專稿

發(fā)布日期：2024年9月12日

商用電動(dòng)車OEM面臨的挑戰(zhàn)

全球范圍內(nèi)，電動(dòng)乘用車的銷量正在不斷攀升。但在整個(gè)商用車行業(yè)，電動(dòng)貨車的銷量與電動(dòng)乘用車之間卻存在很大的落差。到2022年，采用電動(dòng)系統(tǒng)（包括電池、插電混動(dòng)和燃料電池）的貨車僅占全球卡車銷量的1.2%。[6]同期電動(dòng)乘用車的銷量在全球乘用車中卻達(dá)到了14%。[7]為什么會(huì)出現(xiàn)這種差異？ 因?yàn)樯逃密囋荚O(shè)備制造商（OEM）在向電動(dòng)化轉(zhuǎn)型的時(shí)候面臨著一系列獨(dú)特的挑戰(zhàn)。

重量與有效負(fù)載的考量

從輕型貨車到重型貨車，商用車的設(shè)計(jì)初衷就是用于運(yùn)輸大量貨物。重型貨車總重量（包括車輛本身和貨物）超過(guò)3.5噸，車輛型號(hào)多樣，從鉸接式卡車和平板卡車到油罐車和消防車等應(yīng)急車輛，不一而足。由于需要平衡車身重量（包括電池重量）和有效載荷能力，向電動(dòng)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)型就增加了復(fù)雜性。這種復(fù)雜性包括優(yōu)化車輛設(shè)計(jì)，以確保足夠的續(xù)航里程和有效載荷能力，特別是當(dāng)貨物需要冷藏時(shí)，會(huì)消耗更多的電力。

車輛成本

與內(nèi)燃機(jī) (ICE) 汽車相比，商用電動(dòng)車的初始成本通常更高，這主要是由于電池或氫燃料電池的成本較高。但我們更需要考慮的是總擁有成本 (TCO) ，包括運(yùn)營(yíng)、維護(hù)成本以及政府激勵(lì)措施等因素。商用車的OEM廠商必須向車隊(duì)運(yùn)營(yíng)商宣傳電動(dòng)車的長(zhǎng)期優(yōu)勢(shì)，并通過(guò)規(guī)模效益和技術(shù)進(jìn)步降低前期成本。例如，雷諾公司 (Renault) 預(yù)測(cè)，在歐洲，其電動(dòng)卡車的每公里平均能源成本將比柴油卡車低40%，適合在城市使用。[8]

基礎(chǔ)設(shè)施的限制

充電和加氫基礎(chǔ)設(shè)施對(duì)于商用電動(dòng)車的廣泛使用至關(guān)重要。純電動(dòng) (BEV) 和插電混動(dòng) (PHEV) 卡車通常具有更大的電池容量，但仍需要快充功能以減少停車時(shí)間。盡管對(duì)新基礎(chǔ)設(shè)施已經(jīng)進(jìn)行了大量投資，但從技術(shù)能力來(lái)說(shuō)，目前的充電基礎(chǔ)設(shè)施可能還不夠完善。根據(jù)歐洲替代燃料觀察站（European Alternative Fuels Observatory，EAFO）的數(shù)據(jù)，到2023年，歐洲將擁有超過(guò)55萬(wàn)臺(tái)公共充電設(shè)施。[9]即使不斷投入，歐洲汽車制造商協(xié)會(huì) (ACEA) 預(yù)測(cè)，到2025年，也只有4萬(wàn)個(gè)充電站適合中型和重型卡車使用。[10]從網(wǎng)絡(luò)規(guī)模來(lái)看，主要交通線路上的充電站和加氫站數(shù)量也很有限。例如，歐洲汽車制造商協(xié)會(huì)預(yù)計(jì)，到2030年實(shí)現(xiàn)電氣化目標(biāo)時(shí)，充電站的數(shù)量必須增加到27萬(wàn)個(gè)，才能支持不斷增長(zhǎng)的電動(dòng)卡車網(wǎng)絡(luò)。[11]要解決這些基礎(chǔ)設(shè)施不足的問題，需要商用車OEM、政府和基礎(chǔ)設(shè)施提供商聯(lián)手升級(jí)充電站并擴(kuò)大網(wǎng)絡(luò)容量。

法規(guī)障礙

法規(guī)對(duì)于商用電動(dòng)車市場(chǎng)的形成至關(guān)重要。雖然補(bǔ)貼和稅收減免等激勵(lì)措施可以鼓勵(lì)人們購(gòu)買電動(dòng)車，但監(jiān)管的不確定性或激勵(lì)措施不足可能會(huì)阻礙向商用電動(dòng)車的轉(zhuǎn)型。商用車OEM需要清晰、一致的電動(dòng)車支持法規(guī)，解決排放標(biāo)準(zhǔn)和車輛安全等問題。

供應(yīng)鏈問題

向商用電動(dòng)車轉(zhuǎn)型需要對(duì)制造和服務(wù)流程進(jìn)行重大改革。OEM廠商需要確保電池（圖1）、電機(jī)和充電設(shè)備等關(guān)鍵零部件的穩(wěn)定供應(yīng)。這可能需要與供應(yīng)商建立合作關(guān)系、開發(fā)新的制造能力，以及為維修技術(shù)人員提供維護(hù)和修理電動(dòng)車的充分培訓(xùn)。供應(yīng)鏈中斷，尤其是全球性關(guān)鍵材料短缺，會(huì)給商用電動(dòng)車OEM帶來(lái)額外的挑戰(zhàn)。

圖1：生產(chǎn)過(guò)程中的電動(dòng)車電池組。（圖源：IM Imagery/stock.adobe.com）

解決方案和建議

隨著運(yùn)輸行業(yè)的不斷發(fā)展，開發(fā)下一代卡車成為了一項(xiàng)關(guān)鍵挑戰(zhàn)。在實(shí)現(xiàn)此目標(biāo)的過(guò)程中，最大的障礙莫過(guò)于續(xù)航里程的限制。不過(guò)，借助技術(shù)創(chuàng)新、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和供應(yīng)鏈強(qiáng)化的戰(zhàn)略組合，汽車行業(yè)能夠有效解決這一障礙。

延長(zhǎng)續(xù)航里程的技術(shù)解決方案

有多項(xiàng)技術(shù)進(jìn)步可用來(lái)提高下一代卡車的續(xù)航里程。最大限度地利用電池組并提高傳動(dòng)系統(tǒng)的效率，可以顯著優(yōu)化能耗，而采用固態(tài)電池則可以提高電池組的能量密度。借助于小型電池的技術(shù)創(chuàng)新成果，我們有望開發(fā)出更有意義的大型電池。

另外，800V系統(tǒng)等電壓更高的電池架構(gòu)將帶來(lái)更快的充電能力。在更高的電壓下，需要使用先進(jìn)的碳化硅 (SiC) 器件來(lái)取代傳統(tǒng)的硅器件，從而在提高擊穿電壓的同時(shí)降低開關(guān)損耗。氫燃料電池也是延長(zhǎng)續(xù)航里程的可行途徑。此外，實(shí)施換電池技術(shù)可以快速、便捷地替代傳統(tǒng)充電方式，最大限度地減少中斷，優(yōu)化運(yùn)營(yíng)效率。

基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)戰(zhàn)略

穩(wěn)健的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)對(duì)于支持下一代卡車的推廣至關(guān)重要。這包括在主要貨運(yùn)路線上建立充電更快的充電站，以及整合支持換電池的充電站。此外，建立具有本地發(fā)電能力的氫能和可再生能源卡車?？空荆瑢?duì)于偏遠(yuǎn)地區(qū)和離網(wǎng)地點(diǎn)的充電也至關(guān)重要。通過(guò)投資這些基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目，利益相關(guān)方可以有效地解決續(xù)航里程的限制，助力商用電動(dòng)車的順暢運(yùn)營(yíng)。

加強(qiáng)供應(yīng)鏈

彈性供應(yīng)鏈?zhǔn)浅晒﹂_發(fā)和部署下一代卡車的基礎(chǔ)。這需要調(diào)整當(dāng)前供應(yīng)鏈以適應(yīng)先進(jìn)卡車技術(shù)（例如先進(jìn)的電池系統(tǒng)和氫燃料電池）的采購(gòu)和分銷。另外，促進(jìn)行業(yè)合作以及加強(qiáng)伙伴關(guān)系可以緩解供應(yīng)和服務(wù)方面的問題，最終支持創(chuàng)新卡車技術(shù)的廣泛采用。

進(jìn)一步的變革

商用車的電氣化趨勢(shì)與乘用車如出一轍。不過(guò)，智能汽車傳感和控制系統(tǒng)的發(fā)展為徹底改變?nèi)蜻\(yùn)輸和配送方式帶來(lái)了更多可能。

自動(dòng)駕駛卡車

瑞典公司Einride專門致力于開發(fā)自動(dòng)駕駛電動(dòng)卡車（圖2）。這些卡車可以完全自主地遠(yuǎn)程控制。不過(guò)，當(dāng)車輛進(jìn)入比較復(fù)雜的區(qū)域，例如裝卸區(qū)或繁忙的城市環(huán)境時(shí)，也可由駕駛員遠(yuǎn)程控制。

圖2：Einride的第2代自動(dòng)駕駛卡車。（圖源：Einride [einride.tech/press]）

這種自主但又有人監(jiān)管的技術(shù)降低了總擁有成本，彌補(bǔ)了電動(dòng)卡車較高的初始成本。與依賴柴油的貨運(yùn)車相比，Einride自2019年起投入使用的技術(shù)可將溫室氣體排放量平均減少95%。[12]

最后一英里配送

對(duì)于有幸在家辦公的人來(lái)說(shuō)，幾乎每天都能看到或聽到一輛廂式貨車或輕型貨車從家門口經(jīng)過(guò)，將網(wǎng)購(gòu)的商品送到家。隨著家居和商業(yè)配送的日常變化，出現(xiàn)了新的替代運(yùn)輸方式，可以徹底改變最后一英里的配送，特別是在人口密集的城市環(huán)境中。

自主送貨機(jī)器人

一種替代方式是自主送貨機(jī)器人（圖3），例如Starship的平臺(tái)[13]現(xiàn)已完成了超過(guò)500萬(wàn)次送貨。這些小型機(jī)器人使用12個(gè)內(nèi)置攝像頭模塊和全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng) (GNSS) 進(jìn)行定位，以每小時(shí)6.5公里的速度在城市中穿梭。

圖3：在公共人行道上自主行駛的送貨機(jī)器人。（圖源：Julia/stock.adobe.com）

與其他配送方式不同，這類自主送貨機(jī)器人由于采用低速電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，因此可以在人行道上行駛。這使得它們能夠走更多的直線，從而彌補(bǔ)速度較慢的劣勢(shì)。

無(wú)人機(jī)送貨

在美國(guó)，沃爾瑪使用無(wú)人機(jī)送貨以提高效率、降低成本和減少排放。[14]沃爾瑪使用按需配送提供商Wing和Zipline的無(wú)人機(jī)，為客戶提供快速配送。由于無(wú)人機(jī)在空中飛行，因此它們可以比傳統(tǒng)貨車更快、更直接地到達(dá)目的地，而且不會(huì)陷入交通擁堵。

結(jié)語(yǔ)

牽引車和貨運(yùn)車的電動(dòng)化轉(zhuǎn)型，標(biāo)志著在不斷變化的全球商業(yè)運(yùn)輸領(lǐng)域，可持續(xù)發(fā)展和創(chuàng)新迎來(lái)了一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)。雖然從電動(dòng)乘用車的開發(fā)和部署中吸取的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)可以作為寶貴的借鑒，但商用卡車的獨(dú)特功能往往需要我們從新的視角去審視，加上全行業(yè)的合作支持，才能確保成功。

作者簡(jiǎn)介

Mark于2014年7月加入了貿(mào)澤電子，此前他曾在RS Components擔(dān)任高級(jí)營(yíng)銷職務(wù)。在加入RS之前，Mark在Texas Instruments擔(dān)任了8年的應(yīng)用支持和技術(shù)銷售職位，并獲得了考文垂大學(xué)的電子工程一級(jí)榮譽(yù)學(xué)位。