宋輝 張敬貴 王子燁 盧明哲 董旭陽

（北汽福田汽車股份有限公司，北京 102206）

主題詞：電動重型載貨汽車 發(fā)展現(xiàn)狀 對比分析 成本優(yōu)勢 持續(xù)發(fā)展

1 電動重卡市場發(fā)展現(xiàn)狀

在多重利好因素的刺激下，2020年重型載貨汽車（指總質(zhì)量25 t 以上的卡車）市場總銷量最終定格在162.3萬輛，刷新了重型載貨汽車年銷量紀(jì)錄，比2019年（117.4萬輛）上漲38%，凈增長近45萬輛[1]。

隨著我國對于環(huán)保問題的逐漸重視，新能源汽車行業(yè)發(fā)布較多利好政策，為我國新能源重型載貨汽車的研發(fā)和應(yīng)用提供了較好的政策支撐。2017年，我國電動載貨汽車年銷量為6.2萬多輛，占卡車總銷量比重不到2%。其中以電動輕型載貨汽車為主，電動重型載貨汽車占比不足1%[2]。2018年以前，我國新能源重型載貨汽車市場發(fā)展緩慢，每年產(chǎn)銷規(guī)模不足1 000輛[3]。

隨著我國新能源汽車技術(shù)水平提升、電池成本降低、商業(yè)模式不斷創(chuàng)新，再加上國家加快推進(jìn)柴油貨車污染治理工作，推動了新能源重型載貨汽車的研發(fā)和推廣。

2019年受“深圳藍(lán)”可持續(xù)行動計劃影響，新能源重型載貨汽車市場集中爆發(fā)，當(dāng)年產(chǎn)銷超過5 000輛，深圳合計投入3 000 臺電動自卸車；其中比亞迪在深圳全年銷售2 000 臺電動自卸車，開沃在深圳拿下1 000 臺電動自卸車訂單。按照車型來看，當(dāng)前市場上的電動重型載貨汽車以純電動自卸車居多，純電動牽引車只占很小比重。2019年銷量數(shù)據(jù)顯示，純電動重型載貨汽車自卸車全年銷量超過2 600 輛，牽引車僅130輛[4]。2020年受疫情影以及新能源補貼下降的因素導(dǎo)致新能源重卡整體市場下滑，全年新能源物流重卡共計銷售1 638 臺。市場結(jié)構(gòu)趨于正常需求趨勢，新能源牽引車細(xì)分市場同比爆發(fā)式增長。

2 電動重型載貨汽車技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

動力電池是新能源汽車的核心，消費者對整車最看重的4個關(guān)鍵要素（價格、續(xù)航、充電時間和安全性）均跟動力電池有關(guān)。在補貼政策的刺激下，動力電池基本朝著高能量密度、長續(xù)駛里程方向發(fā)展，能量密度平均每年提升10 W·h/kg，電池價格平均每年下降15%[5]。電動汽車對動力鋰電池的要求極高，其必須同時具有高的比能量和能量密度，高的比功率和功率密度，快速充電和深度放電的能力，以及使用壽命長、自放電率小和充電效率高、安全性好，且成本低、免維修、對環(huán)境無污染和可回收的一系列技術(shù)要求。

目前汽車行業(yè)采用鋰離子液態(tài)電池為主，中長期發(fā)展到固態(tài)電池、空氣電池、鋰硫電池。當(dāng)前最熱的電池研發(fā)方向是固態(tài)電池，主流技術(shù)路線是全固態(tài)，理論能量密度800 W·h/kg，現(xiàn)有試驗樣品已達(dá)到400 W·h/kg。主流企業(yè)（如豐田、CATL）已紛紛投入固態(tài)電池研發(fā)，其理論壽命是目前鋰離子電池壽命的2～3倍，能量密度是目前鋰離子電池壽命的2倍。受限于工藝不成熟，目前產(chǎn)品的能量密度達(dá)到400 W·h/kg、放電倍率不到1 C，功率和壽命有待提高，預(yù)計在2022年之后小規(guī)模投產(chǎn)[7]。

驅(qū)動電機(jī)按照大類可以分為永磁同步電機(jī)和交流異步電機(jī)，目前新能源汽車驅(qū)動電機(jī)主流的是永磁同步電機(jī)，占裝機(jī)量的90%以上。通過對磁、電、熱耦合優(yōu)化以及超導(dǎo)、非晶高導(dǎo)低損材料的應(yīng)用，可有效提高電機(jī)功率密度，降低成本，電機(jī)效率目前最高可達(dá)95%，功率密度可達(dá)3.8～4.0 kW/kg[8]。對于新能源汽車驅(qū)動電機(jī)而言，電機(jī)的效率、功率密度和可靠性是用戶選擇時較大的考量。

電機(jī)電控占新能源汽車總成本的10%左右，電動牽引車的當(dāng)前價格約8 萬元/套。由于行業(yè)處于激烈的同質(zhì)化競爭中，并且補貼退坡的價格壓力從整車廠傳遞至電機(jī)電控供應(yīng)商，預(yù)計電機(jī)電控的價格仍有一定的下降空間。

電機(jī)控制器通過電力電子技術(shù)對輸出電流、電壓和頻率進(jìn)行控制，進(jìn)而控制新能源汽車驅(qū)動電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩。與工業(yè)變頻器相比，電機(jī)控制器只有直流-交流的逆變部分，并且由于只需要考慮汽車啟停、市區(qū)和高速等有限的工況，但是對惡劣環(huán)境和高載波頻率的要求高于普通變頻器。IGBT 是電機(jī)控制器中的核心部件，起到功率變換的作用，占電機(jī)控制器的成本接近一半，目前主要均為進(jìn)口[9]。

總體來說國內(nèi)驅(qū)動電機(jī)產(chǎn)品與海外品牌處于同等水平，并且國內(nèi)在電機(jī)生產(chǎn)成本上具備一定的優(yōu)勢，電機(jī)控制器國產(chǎn)品牌在功率密度上和海外標(biāo)桿產(chǎn)品仍有一定的差距，如與驅(qū)動電機(jī)匹配過程中對電機(jī)高效區(qū)間的擴(kuò)大、噪聲與振動的抑制方面仍有提升空間，但差距也在逐步縮減。

目前市售電動重型載貨汽車主要集中在6×4 牽引車（總質(zhì)量49 t）和8×4自卸/攪拌車（總質(zhì)量31 t）車型。主流6×4電動牽引車有福田、華菱、比亞迪、北奔等品牌，電池普遍是磷酸鐵鋰類型，集中在寧德時代和比亞迪品牌，電池電量≥280 kW·h，續(xù)駛里程集中在200 km左右，見表1。

表1 典型電動牽引車參數(shù)

3 充電設(shè)施建設(shè)情況

中國新能源汽車市場是全球第一大新能源汽車市場，市場份額連續(xù)4 年超過50%。作為電動汽車的配套設(shè)施，充電樁在整個電動汽車普及、市場推廣過程中起到了不可或缺的作用。

從充電設(shè)備的類型上來看，交流充電樁和直流充電樁是現(xiàn)階段市場中最主要的2種類型，見表2。

過了幾天，老福又去醫(yī)院看母親。母親一本正經(jīng)地說：“記得我上次跟你說的隔壁那個老羅嗎？她叫羅素青，昨天出院了，聽我說你是當(dāng)警察的，還小有名氣，叫我無論如何把你請到她家去，說是她知道有人要害死她。你就抽時間去一趟吧？醫(yī)生覺得她雖然是小病大養(yǎng)，但精神緊張，對身體不好，你就幫著寬慰她一下吧。她沒結(jié)過婚，一個人挺可憐的?！?/p>

表2 不同類型充電樁對比

充電基礎(chǔ)設(shè)施市場經(jīng)過初期政策的扶持，逐漸向好，規(guī)模在不斷擴(kuò)大。由于早期規(guī)劃局限性，造成了短期規(guī)模增長大于需求，從而產(chǎn)生階段性快速增長、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，未對行業(yè)創(chuàng)造一個良好開局[10]。2015 年至2019 年我國充電樁保有量從6.6 萬臺增加到121.9 萬臺，2020 年新能源汽車充電樁正式被納入國家七大新基建，這將帶來充電樁建設(shè)新一輪提速。

按照用戶場景，充電樁可分為公共充電樁和私人充電樁，但是對于商用車來說，并沒有私人充電樁的概念，而是用戶、運營商或第3方投資建設(shè)的專屬充電樁，多為直流快充，用于運營車輛專用充電。

對于電動重型載貨汽車，普遍存在載重高、功耗高和運距長的特點，因此需要大電量動力電池滿足使用功率和續(xù)航要求。采用傳統(tǒng)的充電模式，一天需充電多次，每次需要1.5～2 h，大大降低純電動重型載貨汽車的運營效率。

換電模式基于解決電動用戶充電痛點而生，有效的解決了純電動重型載貨汽車在實際應(yīng)用中存在的充電速度慢、續(xù)駛里程短、初期購車成本高的問題。換電模式用戶只需一次性支付或租賃不含電池的車體，大幅減少初期投入，直擊電動重型載貨汽車價格高昂的痛點[11]；換電重型載貨汽車搭載快速換電系統(tǒng)，換電時間只要3～5 min，滿足高頻工況運輸需求；將動力電池購置成本均攤到每一次能源補給的過程中，類似傳統(tǒng)加油模式，貼合用戶使用感受，真正實現(xiàn)用多少電花多少錢。換電、充電重卡優(yōu)劣勢對比見表3。

表3 換電、充電重卡優(yōu)劣勢對比

換電重型載貨汽車采用車電分離方式運營，不含電池的無動力車身可單獨銷售，以6×4 牽引車為例，換電重型載貨汽車無動力車身相比燃油車5年總成本可降低9.5%，具體測算見表4。

表4 6×4燃油牽引及換電牽引5年成本對比

換電重型載貨汽車如果采用租用電池及換電站的模式，可按照“換電服務(wù)費”方式結(jié)算，基礎(chǔ)電費按照換電站實際購價結(jié)算，服務(wù)體驗與傳統(tǒng)加油無差別，換電重型載貨汽車能耗費用=基礎(chǔ)電費+電池租金+換電服務(wù)費，其中電池租金按60 個月分?jǐn)倻y算，換電重卡使用成本節(jié)約33.3%，經(jīng)濟(jì)性測算如表5。

表5 6×4牽引車傳統(tǒng)油車及換電車使用成本對比

4 存在的問題

電動重型載貨汽車相比傳統(tǒng)重型載貨汽車目前仍然存在3方面的問題。

4.1 電動重型載貨汽車整備質(zhì)量明顯高于燃油重型載貨汽車

電動車的核心部件動力電池，目前由于電池技術(shù)的限制，電池的能量密度是有限的，提高電動車的續(xù)駛里程只能采用匹配更大電量的方式。雖然現(xiàn)階段電池的能量密度逐步提升，但純電動重型載貨汽車的續(xù)駛里程仍然受到電池容量的制約，且電池組本身的質(zhì)量大小對于有限重要求的重型載貨汽車來說是致命的。目前6×4 電動牽引車普遍匹配280 kW·h 左右的電量，整備質(zhì)量集中在11～12 t左右，相比傳統(tǒng)油車9 t 左右的整備質(zhì)量，高出約25 %，續(xù)駛里程集中在200 km左右，經(jīng)濟(jì)效益相比傳統(tǒng)重型載貨汽車有很大差距。電動重型載貨汽車降重是目前行業(yè)內(nèi)一個比較重要的課題，各廠商都在為輕量化的目標(biāo)做著各種嘗試，但目前效果不太顯著。

4.2 電動重型載貨汽車的初始購置成本遠(yuǎn)高于燃油重型載貨汽車

由于純電動重型載貨汽車正處于研發(fā)使用的初始階段，市場沒有形成規(guī)模，成本目前仍然很高。動力電池的成本大約占電動重型載貨汽車整車成本的30%左右，目前電池成本約1元/（W·h）左右，相比傳統(tǒng)重卡的價格仍有很大差距。以比亞迪純電動自卸車為例，比亞迪純電動自卸車補貼前價格為100 萬元左右，比同類柴油車型（40 萬左右）價格明顯高出許多。值得慶幸地是動力電池的市場價格近幾年的年降幅度大約10%～15%，動力電池的技術(shù)在不斷迭代升級，電動車市場規(guī)模也在不斷增長，新能源重型載貨汽車的成本未來與傳統(tǒng)重型載貨汽車的成本差距會進(jìn)一步降低。

4.3 電動重型載貨汽車的續(xù)駛相比傳統(tǒng)重型載貨汽車差距大

重型載貨汽車多運行在高速路上，在高速公路的服務(wù)區(qū)修建重型載貨汽車充電區(qū)仍困難重重，充電樁的建設(shè)用地也是一個必須面對的大難題。目前純電動重型載貨汽車的續(xù)駛里程普遍集中在300 km以內(nèi)，且大功率充電設(shè)施不完善，不能滿足中長途運輸需求。多用于行駛范圍固定、行駛時間固定的領(lǐng)域，如港口、礦山等場地用車和固定線路運行，且需要運營用戶或者第3方投資建設(shè)專用充電設(shè)施，充電時間成本高，且需一天多次充電，嚴(yán)重影響重型載貨汽車的運營效率。目前華菱、北奔和福田創(chuàng)造性的引入換電模式，解決了電動重型載貨汽車用戶充電痛點，但是換電站前期投/入大，回本周期長，需要良好的運營條件才能體現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益，比如長年運距、高油電差和規(guī)模效應(yīng)等[12]。

5 未來發(fā)展趨勢

發(fā)展新能源汽車產(chǎn)業(yè)已上升為國家戰(zhàn)略，新能源汽車市場規(guī)模迅速擴(kuò)大，產(chǎn)業(yè)發(fā)展已經(jīng)到達(dá)從導(dǎo)入期向成長期過渡的關(guān)鍵階段，未來國家將通過路權(quán)、補貼、油耗限制、積分管理的一系列政策組合引導(dǎo)和推動新能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

由于電動載貨汽車沒有排放，即使在高污染天氣也可以正常運營，或在傳統(tǒng)車沒有路權(quán)的區(qū)域可以正常運營。因此基于環(huán)保政策要求，純電動重型載貨汽車在高排放場景如礦山、鋼鐵廠等領(lǐng)域，市場需求會不斷呈現(xiàn)，市場銷量未來會穩(wěn)步增長。

此外，在礦山等場景下，通過實際運營經(jīng)濟(jì)性測算，運輸活動強度越高，純電動重型載貨汽車相對同規(guī)格燃油車經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢越明顯，3 年之內(nèi)TCO 可平衡。經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢未來會激發(fā)高強度、高成本運輸市場需求再一次爆發(fā)。