纯电动重型卡车在物流行业中的应用

摘要：该技术结合本单位业务类型，科学选取适宜的线路距离、货物重量以及应用场地等场景，探索开展纯电动牵引车的应用。在应用的过程中，统筹考虑车辆成本、运营成本、续驶里程、充电时间、充电便利性等指标，科学进行纯电动重型卡车的选型及配套充电基础设施的设计与建设，开展车辆试运行，采集运行数据，进行纯电动牵引车的运营成本评估，提出了相应推广应用的场景建议。1.技术概况推广应用新能源汽车是国际公认的道路运输领域节能降碳的重要措施。一直以来，公路货运车辆的油耗和尾气排放均居高位，尤其是重型柴油货车，更在其中占据重要比例。重型货车的新能源化是当前和今后一段时期内重要的发展趋势和方向，而新能源化中最为重要的方向之一，就是重型货车的电动化，即电动重卡。2.技术原理从发动机理论上来讲，电动汽车比普通内燃机车具有更高的热效率。当前，最高效的内燃机热效率约为40%，而大多数电动机可以将90%的能量作为动力传输。在实际行驶过程中，由于驾驶条件、道路条件、温度对电池的影响等原因，电动汽车效率会存在部分下降，但总体效率相比传统柴油车仍然较高。电动重卡以电力为驱动力，可以做到整个运行过程零排放，一方面可以极大减少对化石燃料的依赖，另一方面也可以大幅降低柴油重卡造成的环境污染和碳排放。在能源转换和碳中和背景下，纯电动卡车具有更大的发展空间。在运营成本方面，相比传统燃油价格，电动卡车充电费用相对较低，且通过自建充电桩、采用波谷充电等方式，还可进一步降低其运营成本。在保养费用方面，由于电动重卡的车辆结构相比传统燃油车较为简单，其在使用过程中的维修、保养费用均相对低廉。综上，电动重卡在其生命周期内的使用成本相比传统燃油车显著降低。3.纯电动集装箱卡车选型技术根据新能源汽车国家大数据联盟平台统计，截至2020年9月30日，新能源客车保有量在35.99万辆，新能源乘用车保有量在278.31万辆。而新能源物流车有36.16万辆（其中纯电动物流车占比98.96%，燃料电池车占比0.87%，插电混动车占比0.17%），具体如表1所示。表1中国新能源物流车保有量汇总表（万辆）由表1可知，当前纯电动重型卡车保有量仅占新能源物流车保有量的0.1%，总体市场及应用均处于起步阶段。究其原因，虽然当前国家高度重视电动重卡的推广应用，相比传统燃油车，电动重卡也存在着较为明显的优势，但应看到，电动重卡在我国的发展仍处于起步阶段，技术成熟度有待提高，其在日常应用中也存在一些障碍。具体包括：（1）续驶里程受限纯电动重卡的续驶里程主要取决于车辆搭载的动力电池容量，但搭载大量动力电池，又会造成纯电动重卡的自重较大，导致其百公里电耗增加，载质量利用系数下降等问题，因此，在动力电池能量密度未得到较大提升之前，纯电动重卡的续驶里程将成为其在实际应用中的最大障碍之一。我国国产电动重卡的续航目前均在200km左右，且厂家标称续航基于整车定型试验数据，重卡的实际应用工况与测试工况存在一定差距，造成实际续航相比标称续驶里程有所降低。如宜家前期测试的车辆，整车标称续航为180km，但在实际运行过程中，我们实测的续航里程为150km，无法满足仓库到港口的距离要求。（2）充电设施不够完善与当前广泛应用的纯电动乘用车、客车及轻型物流配送车相比，电动重卡搭载的电池容量较大，且电动重卡的实际运营对其充电时间有较高要求，需要在短时间内充入较大电量，这就对电动重卡充电基础设施的充电功率提出了要求。然而，当前广泛布设的普通功率充电设施并不适合电动重卡应用，需要建设特殊的大功率双枪充电基础设施。目前针对电动重卡的公共充电设施建设仍处于起步阶段，在上海地区，适用于纯电动重卡的高功率充电桩资源偏少，且并未分布在港口、火车站以及物流园区周边，覆盖范围有限，难以满足规模化应用需求，成为电动重卡推广应用的障碍之一。（3）环境适宜性有待提高由于动力电池的电化学特性影响，当温度在25±5℃区间时，动力电池的活性最大，也是最适宜工作的温度区间。当温度过低时，锂电池放电能力会有所降低，造成车辆的续驶里程进一步降低。当温度过高时，会触发动力电池热失控风险，存在安全隐患。因此，包括电动重卡在内的纯电动汽车，均面临环境适宜性的问题。成为电动重卡在我国的广泛应用的又一障碍。（4）整车价格相对较高对于企业用户而言，电动重卡的初始购置成本较高，成为电动重卡规模化应用的障碍之一。目前一辆传统燃油重卡的售价约为35元，而电动重卡的售价则多近100万元。其原因主要包括两个方面，一是为满足重卡所需的续驶里程，一般其搭载的动力电池容量较大，当前动力电池的成本虽有了较大幅度的下降，但仍处于高位。二是目前重卡应用量较小，产品的规模化效应显现不明显，造成生产成本居高不下。为科学开展纯电动重型卡车的选型，本文分析了当前市场上主流车型的参数及性能，具体见表2。表2市场主流纯电动重型卡车参数一览表通过对表2中各车辆性能的分析，综合我司运营需求、车辆价格，开展了纯电动重型卡车的车型选择，并最终选定华菱星马HN4252H35C8BEV型纯电动重型卡车进行应用。4.技术创新点纯电动重卡的应用并非单纯的购买新车并进行简单切换，而是从运力角度和纯电动重卡的适用范围以及经济性上进行了高度匹配，从车辆型号、车辆成本、技术参数、可靠性、充电方案等多方面进行了实测验证。该项目的纯电动重型卡车整体运行时间超过4个月，运行过程中车辆技术状况良好，能够完成预定的运输任务，车辆安全性良好，无运行故障及安全事故。5.技术应用情况配套充电基础设施存在较大缺口，纯电动牵引车应用中需要大电流、高功率充电，目前的小型充电桩需要至少12小时以上，难以满足车辆高频次运输需求。适用于纯电动重型卡车的公共大功率充电桩布设极少，布设位置与运输需求匹配度不高，充电价格仍居高位。2018年6月，宜家贸易服务（中国）有限公司上海分公司联合喜事达物流有限公司开展了当前中国新能源物流车市场产品分析及纯电动重型卡车性能分析，确定了车辆选型过程中重点关注的载重量、电池容量、续驶里程、充电时间等性能指标。在规定线路上正式开展车辆应用。车辆总质量49吨，额定载质量29吨，电池容量282kW·h，续驶里程170km。确定选用的充电桩可支持双枪充电，最大充电功率240kW，最快0.8小时可充满一辆纯电动重型卡车。截至目前，车辆应用情况良好，在使用过程中车辆及充电基础设施未出现故障，能够较好地满足运输业务需求。应用过程中，平均充电频次为3次/天，总体运输货物量4800吨，平均每天运输货物量40吨。以其中1辆沪A02855D车辆为例，具体应用情况如表3所示。表3纯电动重型卡车应用情况一览表6.技术效益分析6.1节能低碳效益经测算，纯电动重型卡车和传统燃油车的能源消耗情况如表4所示。表4

能源消耗情况对比（行驶里程以单次充电后最大里程为标准）车辆每日行驶里程为130km，采用纯电动车时，单日总能耗为：130×1.5kW·h=195kW·h，按照电能折合标煤系数0.1229kgce/kW·h计算，共消耗标准煤23.97kg。采用柴油车时，单车总能耗为130×0.3=39L，柴油密度按照0.86kg/L计算，柴油折合标准煤系数1.4571kgce/kg，折合标准煤39×0.86×1.4571=48.87kg。因此，在车辆单日行驶130km时，采用纯电动车相比柴油车可节能约25kgce/d。纯电动重型卡车在运行过程中可以做到零排放，由表6可知，采用柴油车时，单车单日总能耗为39L，单车单日碳排放为39×0.86×3.0959=

103.84kg。综上，采用纯电动重型卡车后，每车每日可节能25kgce,可减少碳排放103.84kg,按照5辆车一年计算，项目共可节能45.63tce，可减碳189.51t。6.2经济效益电动车的价格主要取决于电池容量的大小，越大的电池容量，意味着更高的整车价格，也意味着更长的成本回收时间。基于以上考虑，选择合适的续航里程对纯电动重型卡车的应用尤为重要。根据宜家路线分析和运力分析，考虑使用续航里程在170km左右的纯电动卡车最为合适，一是因为282千瓦时的纯电动卡车选择余地较多，多家厂商都有生产。二是因为1