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发展新能源重卡是大势所趋 全球气候变暖问题日趋严重，传统化石能源日渐枯竭的大背景下，各行业都在探索绿色可持续发展之路。商用车行业也就此达成共识，积极推进新能源车辆的研发和商业化进程，尤其是其中的能耗污染大户——重卡。随着新能源重卡总体拥有成本（TCO）的经济性彰显，各种传统主机厂和新势力积极参与市场竞争，新能源重卡市场前景广阔。  重卡以柴油为主要燃料，在年行驶里程长、单位油耗高等多重因素叠加之下，重卡具有高油耗、高污染的特征，是当之无愧的污染大户。以中国市场为例，重卡在全国汽车保有量中占比虽然只有约3%，但1辆柴油重卡的碳排放量相当于近100辆乘用车。同时，柴油重卡会产生大量氮氧化物和颗粒物，排放量分别达到汽车排放总量85%和65%。为应对全球气候变暖，根据联合国《巴黎协定》的规定，全球平均气温上升幅度需控制在1.5℃以内。《IPCC全球升温1.5℃特别报告》进一步明确，为实现该目标，人为的二氧化碳排放量需要在2030年前减少45% ，到2050年实现零排放水平。中国政府亦就此做出“3060”双碳承诺，并出台相关规定，如国家第六阶段机动车污染物排放标准进一步限制燃油车排放，持续出台零排放重型车激励措施，旨在降低重卡污染。因此，发展新能源重卡有助于在全球范围内早日实现碳中和目标，节能减排，实现绿色低碳可持续发展。  经过全行业多年的不懈努力，包括相关电池成本的下降、电池能量密度的提升以及相关配套设施的完善，新能源重卡的TCO将会持续优化。在中国，预计到2023年，纯电动重卡的TCO将与柴油重卡持平，氢燃料重卡则需要等到2028—2029年才会低于柴油重卡，但仍不如纯电动重卡的TCO表现。长期来看，2030年以后，无论是欧美还是中国市场，各类新能源重卡的成本优势将会显著优于传统柴油重卡。值得注意的是，TCO并非一成不变，其与全球政治经济环境紧密相关，例如国际冲突会进一步加剧柴油的价格上涨，短期内新能源重卡的TCO经济性更优于柴油重卡。  发展新能源重卡已成为欧美和中国市场的共识。正是看到新能源重卡是未来大势所趋，不仅传统重卡主机厂开始布局推出新能源重卡产品，乘用车主机厂、自动驾驶科技公司等诸多跨赛道的玩家也在积极进入新能源重卡领域。 在中国，相比燃油重卡市场高度集中的竞争格局，新能源重卡，尤其是纯电动重卡市场欣欣向荣的同时也是群雄割据，尚未出现具有绝对领先优势的玩家。随着老牌玩家的转型和新玩家的不断加入，竞争态势胶着。值得注意的是，若干新势力玩家正在或有意计划开发纯电重卡平台，其竞争力不容小觑。 在美国，不仅戴姆勒（Daimler）、帕卡（Paccar） 、沃尔沃（Volvo）等老牌商用车制造商积极推出纯电动重卡产品，Nikola、特斯拉（Tesla）等新势力玩家亦纷纷开始推进重卡产品的生产落地。所谓众人拾柴火焰高，市场参与者的多样化将会进一步推动新能源重卡行业的规模化发展。  零排放重卡在中国的渗透率将迅速提升。2021年中国新能源重卡销售虽然突破万辆，但渗透率仍不足1%；而2022年上半年销量已接近去年全年，预计下半年还将保持高速增长。根据BCG预测，2030年中国销售的中型及重型卡车中，20%为零排放卡车（即纯电动与氢燃料卡车，其中电动卡车为主，约占三分之二；氢燃料卡车占三分之一），2035年该渗透率将会进一步上升为40%。
纯电动重卡迈入高速发展期纯电动重卡正迈入高速发展期，未来前景可期。从全球市场来看，一系列纯电动重卡旗舰产品预计自2022年下半年开始进入量产阶段，即将开启纯电动重卡规模化运营；中国市场上，2021年和2022上半年销售的新能源重卡中，九成以上是纯电动重卡，燃料电池占比仍然较低。 我们认为纯电动重卡在中短期内仍将是新能源重卡的主要技术路线，主要因为：
相较于氢燃料电池， 中短期内纯电动技术更为成熟 新能源重卡的主流技术路线有两种：纯电动卡车（BEV）依靠充电电池组驱动，无辅助动力源；氢燃料电池卡车（FCEV）依靠氢燃料电池驱动，通过空气中的氧气与自带的压缩氢气反应发电，结合电池为电机提供动力输出。混合动力由于仍需要内燃机，不是零碳排的技术路线，更多作为一种过渡技术方案，故本文不做重点讨论。  从技术特点和发展成熟度来说，纯电动重卡与氢燃料电池重卡各有优势和局限：氢燃料重卡理论上可支持更长的续航和更高的载重，但当前的氢燃料电池技术仍不够成熟，燃料电池寿命尚不足以支撑整车生命周期的使用，且配套的制备、储运、加注产业链仍处于发展早期，导致车辆整体的购置和使用成本高昂。纯电动重卡的优势在于锂电产业链和配套设施更为成熟，安全性、稳定性和循环性更优，且配合换电和快充的部署解决补能问题，能一定程度上克服纯电系统在运载能力和续航里程上的固有限制，推广应用的难度更低。综上，我们认为纯电动重卡在中短期内仍将是新能源重卡最普及的技术路线。 动力电池的成本下降和技术进步是纯电动重卡快速发展的重要推力 随着新能源乘用车需求的拉动，动力电池出货量急剧增长，电池成本在过去十年来下降了近九成。虽然近期锂电池原材料价格的上涨和电动车需求的持续增加推动了电池价格的短期回升，但长期来看，电池成本持续下降的趋势是确定的，预计至2035年仍有三分之二的降本空间。电池成本的下降可以改善纯电动重卡的TCO，使纯电动重卡的运营经济性在中短期内达到比燃油重卡更优的水平。  与动力电池的发展类似，随着新能源和智能汽车产业规模的扩张，规模化量产叠加技术进步带来成本下降的剧情将在上游关键硬件上重演，推动整个产业链日臻成熟。  纯电动重卡的续航已能覆盖中美大量运营场景的要求 中国重卡的运营场景并不局限于干线长途运输，实际上相当多样，其中纯电动重卡的续航可覆盖的场景占比可观。据交通运输部公路科学研究院统计，2020年我国货运车辆单车日均行驶里程为305公里。BCG调研发现，如果将中国重卡的运营场景根据单程行驶距离切分为长距离（单程500公里以上）、中距离（单程200—500公里）和短距离（单程200公里以内），其中真正用于跨省长距离运输的重卡占比较低，而绝大多数重卡用于中距离的运输和短距离的接驳。  在美国，重卡的运营场景也体现出与中国重卡类似的距离分布特征。根据2018年美国交通运输部的统计，当年由各类卡车运输的货物中，超过半数货物由100英里（约160公里）以内的短距离运输完成，其次是250英里以上（约400公里）的长距离和100—250英里（约160—400公里）的中距离运输。美国商务部另一项根据载重量划分车辆数及里程分布的统计也表明，不仅是绝大多数轻卡和中卡，大部分重卡（即额定载重量在11.8吨以上） 也主要用于100英里以内的运输。此外，由于美国重卡大多采用甩挂接驳的运输方式，相比中国的点到点运输，其单趟运输距离会更短。因此，纯电动重卡目前的续航里程基本已能满足大部分美国重卡运输的场景。  得益于电池技术的进步和革新，纯电动重卡的续航不再是不可逾越的障碍——在续航里程上，当前已上市的纯电动重卡的平均续航里程接近300公里[13]，已经可以基本满足单次续航里程200公里以内的运营场景，尤其是港口、矿区、半封闭园区等短距离场景。全球即将交付的几款旗舰纯电动重卡更是将冲击500公里以上续航里程，有望实现对中长距离运输的覆盖。比如，已经开始交付的Nikola TRE BEV携带753kWh的电池包，可达到350英里续航（约560公里）。而Tesla Semi也宣称将提供300英里（约480公里）和500英里（约800公里）两种续航里程版本，且随着换电和快充的部署，纯电动重卡面临的场景限制在减少，应用范围得到了进一步拓展，例如Tesla Semi的目标是通过Tesla Semi Chargers在30分钟内充电至70%。纯电动重卡很快将不再仅仅停留于小规模试点，而是逐渐成为实际运营工况下可行、经济的选择。 纯电动重卡行业的生态体系日臻完善 纯电动重卡的规模化、商业化落地不仅需要主机厂的参与，也需要生态体系各类伙伴的支持，包括以电池厂商为代表的各类上游供应商、充/换电站基建商/运营商、下游重卡车队客户、后市场服务提供方等；随着一系列支持性政策的出台及落地，纯电动重卡行业的生态也在逐渐健全，行业前景值得期待。 目前阶段，中国纯电动重卡的渗透率不足1%，原因涉及产业链的方方面面，如续航里程焦虑、购置成本限制、配套设施不足等。不止是新能源商用车领域，新能源乘用车的发展也经历了较长时间的市场教育、政策补贴、购置成本的下降，实现了十年间销量近300倍的增长，从2012年销量不到万台，发展到2021年全年销量近300万台，这与不断完善的新能源乘用车生态体系密不可分。  纯电动重卡若要进一步实现规模化发展和全面商业化落地，也需要行业上下游多方共同努力，生态体系的搭建尤为重要。 首先，从上游来看，包括各类矿产资源提供商和Tier-1供应商（如三电系统、其他零部件供应商）。其中电池厂商是否能够在提升能量密度、使用寿命和安全性的基础上进一步降低电池价格，对于提升下游客户的购买意愿尤为关键。 其次，能源企业、充/换电站服务运营商在整个纯电动重卡生态体系中也扮演着颇为关键的角色。无论是充电还是换电模式，都是为了在纯电动重卡日常运营中将续航里程焦虑降低到最小。随着电网配套、财政支持和技术标准等方面的陆续跟进，纯电动重卡的充/换电站建设亦随之铺开，对于重卡主机厂和终端用户而言都有极大的信心提振作用。 同时，相比传统柴油重卡，现阶段纯电动重卡的购置成本仍相对较高，因此除了销售给车队客户的模式，提供电池租赁/回收、二手车交易等多元化的服务选项，完善后服务市场也有助于加速推进纯电动重卡行业的商业化进程。 中国各级政府也在多个方面鼓励纯电动重卡行业的发展，包括购置补贴、开放路权等。以开放路权为例，已有多地对重卡的通行路权实行差别化管理，对新能源重卡采取放宽通行的交通措施，燃油重卡限行的路段与时段对于新能源重卡没有限制。 美国亦实施多重举措支持纯电动重卡发展。多个层级的政府提供购置补贴，各州政府还通过电费减免和驾驶便利等多种配套补贴降低纯电动重卡的使用成本，持续推动发展清洁能源经济。 从配套基础设施建设来看，国家层面已推出各种指导意见，鼓励发展建设充电站和换电站。截至2022年，全国重卡换电站保有量仅百余座，覆盖范围和密度有限，未来有很大的增长潜力。根据2021年底工信部的最新规定，全国总计选择11个试点城市开展新能源汽车换电模式应用试点工作，其中3个为重卡特色城市，预计推广换电车辆10万辆以上，换电站1,000座以上。 在大环境利好的时代背景下，众多能源方也积极响应，参与到换电站的建设中，包括绿电企业、石油企业、换电站运营服务商、整车企业、动力电池企业等。如国家电投、协鑫能科、中石化等领先能源方均已出台2025年换电站建设的明确规划。作为主机厂的三一重卡则是选择自行成立换电公司，于2021年底推出换电站，适配三一旗下的诸多重卡车型。下一步，各方应持续推进换电标准化进程，加速换电模式在更大范围内的推广与全面铺开。 展望重卡未来演进方向，我们认为主要有两条主线：一是零碳化，即通过新能源的采纳实现节能减排，助力碳中和；二是智能化，即通过全车智能和无人驾驶解放劳动力，实现自动化运营。二者共同牵引重卡产品向终极形态进化——高度智能化、无人驾驶的零排放重卡。重卡零碳化、智能化在技术研发的方向上各有侧重，又相互促进。 零碳化 以纯电动重卡的开发为例，尽管受制于不够成熟的技术和有限的规模，当前绝大多数纯电动重卡采用的是“油改电”方案，但长期来看，正向研发纯电重卡平台将是纯电动重卡性能提升的必由之路，也是领军企业共同选择的攻关方向。 当前的“油改电”重卡是在尽量少改变现有燃油重卡平台基本布局的前提下，将发动机改为电机，并额外增加电池箱布置在车身后端或车架两侧。其作为从燃油重卡向纯电动重卡发展的过渡产物，一定程度上满足了以可控的成本快速推出纯电动重卡产品的诉求，但在性能上却不尽如人意：比如底盘空间利用率低、传动效率不高；背挂式电池箱挤占了货箱空间，有限的电池箱空间也限制了续航等——这些均会影响纯电动重卡在实际运营中的性能表现，进而制约经济性。 以纯电动重卡的大规模商业化为目标，领先玩家已经开始正向研发纯电重卡平台，在动力总成、底盘布局、车身外形等方面进行深度优化，以充分发挥纯电重卡的优势。主要的研发和设计方向包括： 电驱动系统 当前油改电重卡主要沿用燃油卡车中央驱动的模式，仅将动力来源由发动机替换为电机，仍沿用基于传统动力的系统，存在重量大、体积大、效率低的问题。而正向开发的纯电重卡可以对整体电驱动系统进行更深度的优化。 随着商用车电驱动系统向集成化发展，为纯电动重卡设计的集成式电驱桥和分布式驱动方案也开始出现，东风德纳、采埃孚、AVL、AxleTech等公司均有针对纯电动重卡的电驱桥产品推出。轮边电机、轮毂电机为代表的分布式驱动方案仍处于发展早期，现阶段正向开发的纯电动重卡多选择采用集成式电驱桥。与中央驱动相比，集成式电驱桥是集电机、减速器、驱动轴等为一体的高集成传动系统，具备整车布置空间小、集成度高、传动链少、效率高等优点。对于纯电动重卡来说，更为集成化的电驱动系统可以扩大可用空间，降低车体自重，从而实现更好的动力性能和更优的能效。 电驱动系统的另一个发展趋势是高压平台的应用。当前乘用车主流的电压平台为400V，商用车为600V，而下一代电动车的发展方向是800V—1000V的高压系统。高电压平台的最大价值之一在于实现大功率快充：充电功率提升后，配合超充桩的应用，可以大幅缩短充电时间。尤其是纯电动重卡本身电池容量更大，考虑到其生产工具的属性，充电加快对运营效率的提升尤为关键。此外，高电压平台也可以提升整体驱动效率：高电压系统下，电流变小使得整个系统的功率损耗减小，从而在同等带电量的情况下延长续驶里程，整车动力性能也更优。 800V平台最初于2019年在保时捷Taycan搭载，近来开始在多款乘用车上应用。商用车领域的玩家也已经开始布局，如博格华纳已于2021年推出用于混合动力和电动商用车的800V电机，预计2024年开启量产。 大功率快充的实现，除主机厂需在车端研发对应的高电压平台，也需要配套快充桩的落地铺开和相应快充技术的日臻成熟。 在快充需求高速增长的背景下，对于快充充电桩的需求也在不断提高。2021年底，新能源车和充电桩之比为3:1，预计车桩比到2025年可下降为1.5:1。以新势力为代表的主机厂积极开展充电桩的部署，截至2022年9月初，小鹏在全国所有地级行政区和直辖市内，部署了近800座自营超级充电站；蔚来则布局了近1000个超充站。 技术上，一方面，高电压快充对充电桩内核心部件——充电模块的功率提出更高要求。从第一代7.5kW到第二代15kW/20kW，发展到当下主流的第三代30kW/40kW，一直处于不断迭代和演进的过程。另一方面，为了提升充电桩的安全性和稳定性，液冷散热将会是模块散热未来的主流趋势。液冷散热拥有诸多优点，包括低噪音、散热好、易维护等。2019年特斯拉第三代超级充电桩V3便已率先使用了液冷散热技术，2021年广汽埃安推出的A480超充桩也采用了液冷式充电系统。 相信不久的将来，无论是800V高压平台，还是快充技术和快充桩的发展普及，均会从乘用车领域逐渐扩展到商用车领域。 底盘布局 为适配传统的中央驱动系统（发动机前置，后轮驱动，简称前置后驱），燃油重卡底盘通常采用具有横纵梁结构的车架。如果仍沿用中央驱动+横纵梁车架的底盘结构开发电动重卡，会面临底盘电池布置空间不足的问题。因此，油改电重卡多在驾驶室后方的车架上放置电池箱，但在这样的布置下，不但底盘空间未得到有效利用，还造成了对货箱容积的挤占。 在正向设计电驱动系统的基础上，纯电动重卡底盘的结构设计也可以得到进一步优化，空间布局利用率得到提升。例如，正向设计的纯电动重卡可以去掉传统的传动轴，重新设计车架结构以实现在底盘中平铺布置电池。这样的布置有诸多优势：
车身外形 得益于正向设计，纯电动重卡也不再局限于传统燃油重卡“平头车”的外形，而是可以通过重新设计驾驶室结构，采用低风阻外形设计和轻量化车身材料，从而优化整车空气动力学性能，实现进一步的能效提升。 以车身外形为例，当前国内量产的平头卡车风阻系数多为0.55—0.65，而拥有子弹头设计、只有单驾驶位的Tesla Semi则宣称可进一步将风阻系数降低至0.36。 智能化 通过自动驾驶和智能网联技术，实现安全、稳定、高效的无人化运营，才能从根本上提升重卡生产力、解放人类司机劳动力。从实现路径来看，商用车线控的逐步成熟会为自动驾驶在重卡的落地奠定良好基础，而集中化的电子电气架构设计可以在商用车领域实现“软件定义硬件”，实现汽车全生命周期的迭代升级。 自动驾驶 中国公路货运行业长期面临卡车司机紧缺、燃油成本高昂、事故多发等挑战。重卡自动驾驶如果落地，不仅能带来切实的经济效益，还可以改善道路交通整体安全性，使重卡自动驾驶成为有潜力颠覆公路货运行业的一项革命性技术。 在当前中国燃油重卡TCO中，燃油成本和人力成本两项之和占比过半；其余是保险费用、车辆购置成本、路桥费、折旧、维保等。从成本结构角度看卡车自动驾驶的价值，最显著的无疑是驾驶员人力成本的免除，前提是L4纯无人运营落地，这一点L2+/L3是无法做到的。其次是通过软件算法优化自动驾驶车辆行驶的速度和路线、改善人类司机的驾驶行为，可以实现一定程度的油耗节降。此外，完善的自动驾驶系统也能降低事故率，不仅能够提升安全性，还可以节省保险费用。 根据头部卡车自动驾驶公司当前公布的进度，L2+重卡已于2021年开启量产和运营，而L4卡车仍处于测试阶段，前装量产预计在2025年左右。
高等级自动驾驶的实现首先依赖于线控技术（X-by-wire）。线控技术是指用电信号的形式直接控制执行机构（如驱动、制动和转向），以取代传统的机械、液压或气动等形式。 高级别自动驾驶依赖于感知层、决策层和执行层的高效配合，高精度、快响应、安全稳定的执行系统是实现高级别智能驾驶的必要条件；而传统机械、液压等控制技术难以满足精确控制需求（而且卡车的控制难度更高），也不具备冗余备份的能力，无法实现软硬件解耦。因此，线控是卡车自动驾驶落地的必备基础设施。 线控底盘关键技术主要有线控驱动（DBW）、线控制动（BBW）和线控转向（SBW）。其中，线控驱动已较为成熟，线控制动处于量产应用及完善阶段，而线控转向尚不成熟。特别是对于商用车，线控底盘的成熟度不如乘用车，所以现阶段的自动驾驶车辆多是在传统的控制系统上增加线控功能——在缺乏成熟可靠的线控产品前，线控的实现无法一蹴而就，这也是自动驾驶落地必经的阶段。基于这样的现状，行业更需要卡车制造商和零部件供应商共同推动线控底盘技术的发展进步。 卡车线控制动发展历程 商用车由于载重大、工作条件恶劣，其制动系统以气压制动系统为主。现有的线控气压制动系统多为基于传统气压制动系统演化出的增加了线控功能的形式，通常称为电子制动系统（EBS）。EBS不是完全的线控制动系统，因为它虽然采用电控方式缩短了制动过程中前期的操控反应时间，但是后期驱动车轮制动器制动的方式依然是沿用压缩空气，升压存在滞后性。 商用车线控制动下一代的发展方向是电动机械制动（EMB），即整个系统取消全套气压管路、刹车总泵和真空助力泵，改由电机直接驱动制动卡钳进行制动，是完全的线控制动系统，能从根本上解决商用车采用压缩空气作为控制和驱动介质实施车辆制动带来的先天性不足，大幅提升响应速度、缩短刹车距离。 卡车线控转向发展历程 商用车由于负载较大，转向系统以液压助力（HPS/EHPS）为主，当前电动助力转向（EPS）渗透率较低。传统液压助力转向（HPS）的主要原理是由发动机驱动液压泵，提供转向助力。电子液压助力转向（EHPS）则将HPS中的发动机改为电机，从而实现电控。电动助力转向（EPS）进一步取消了液压系统，电动机直接与机械转向器建立了传动关系。 当前商用车自动驾驶应用的主流方案是基于EHPS增加线控功能；随着高输出EPS产品可用性提升，预计EPS将成为自动驾驶商用车线控转向的下一代应用。 纯电重卡平台天然比燃油平台更容易实现高质量的线控，可以让自动驾驶的适配更“无痛”，省去大量的调试和改装工作。这是因为纯电平台的主要执行机构通常必须用电动机构实现“信号”到“力”的转换，因此这些执行机构天然具有更高的响应速度和线性度。同时，L3及以上的自动驾驶要求安全关键（safety-critical）功能具有冗余。利用正向开发的契机，重卡厂商也可以在控制系统上配置冗余备份，并进行更严格的可靠性设计，以更好地适应自动驾驶对卡车车辆的需求。 集中化的电子电气架构 在软件定义硬件的时代下，电子电气架构作为支撑智能网联和自动驾驶的关键基础设施，正由分布式向集中化演进。 在传统的分布式电子电气架构中，存在数量庞大的电子控制单元（ECU），它们在车辆中通过长达数千米的线束进行连接，分别支持着各项单一的功能；它们通常是由供应商封装好的“黑盒子”，主机厂只能通过接口进行功能调用。如果需要增加新功能，就需要通过新增ECU实现。然而，汽车智能化的发展需要更多的传感器、更复杂的算法、更快速的通信、更频繁的功能更新，单纯依靠增加ECU数量的方法已经难以为继，这样既无法满足L4及以上高等级自动驾驶的算力需求，也无法实现稳定可靠的远程功能更新（OTA）。这是由于分布式架构下，每个ECU的算力各自独立、无法复用，若需提升算力，则大量ECU均需要按照峰值需求匹配算力，导致成本极高；且各个ECU中的软件版本繁多，系统布局分散，OEM访问权限不一，导致OTA推送升级非常困难；同时，新增ECU额外增加的线束也成为车辆的“不可承受之重”。 域控制器（DCU）的应用可以有效解决上述问题。域控是将汽车的功能整合为自动驾驶域、座舱域、底盘域、动力总成域、车身域等几大功能域，并利用性能更强的SoC，将原本分散于各ECU中的功能集中到域控制器内，实现功能的高度集成。域控架构的优势有两点：
案例 据国内某重卡主机厂研究，当前商用车搭载ECU平均为25个，通信总线长达6km，总重量超过70kg，并占据了大量的空间；采用域控制器，每辆车电子电气系统搭载的电子控制单元平均为16个、通信总线长3.7km，总重量不到44kg，与传统电子系统布局相比精简了近40%。 重卡的智能化发展当前处于由分布式架构向域集中化发展的阶段，中短期主要通过域控制器的部署实现自动驾驶的上车和智能网联的应用；长期将基于产业链的成熟程度，再由域集中的架构逐步迭代至车辆集中的架构。 结语 从燃油重卡向新能源重卡的过渡与转型对于全行业而言，既是机遇，亦是挑战。相信在行业各参与方的共同努力下，新能源重卡的规模化、商业化和智能化将得到稳步推进，为绿色经济和可持续发展做出贡献。 原题为：大幕开启，新能源重卡风光无限 |
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