《RENEWABLE & SUSTAINABLE ENERGY REVIEWS》：Heavy-duty truck electrification for clean transport: A comprehensive and systematic literature review
重型卡车是交通运输部门中氮氧化物（NOx）和细颗粒物（PM2.5）排放的主要贡献者。许多国家正认真考虑将电气化作为通往更清洁货运的途径。多种技术解决方案的进步为重型卡车的脱碳创造了多条路径，其中电池电动重型卡车仍处于早期发展阶段。本文从技术、经济和社会角度对其电气化进行了全面系统的综述，涵盖电池安装方法、电力补给解决方案（如充电、电池更换、无线充电）以及短途和长途卡车运输的典型应用场景。讨论了电力需求、运行调度、总拥有成本（Total Cost of Ownership, TCO）和温室气体（Greenhouse Gas, GHG）排放等关键问题，随后识别了当前在经验数据方面的研究空白，并考察了不同技术路径下电网整合的挑战与机遇。
2. Technological-economic-social framework for HDTs（重型卡车的技术-经济-社会框架）
本节构建了技术-经济-社会三维分析框架，以系统解析影响电池电动重型卡车（Battery-electric Heavy-duty Trucks, BEHDT）采用与部署的关键因素。技术层面主要涉及车辆技术、电力补给技术和电网技术，其中电力补给效率与电网承载能力是制约规模化应用的核心瓶颈；经济层面以总拥有成本（TCO）和政策激励为核心，充电时间等技术参数会直接作用于车队运营效率，进而影响盈利性，形成技术-经济交叉问题；社会层面则聚焦于环境影响、公共健康及可持续性，同时驾驶员的心理接受度、行业知识水平等社会因素也显著影响技术推广。该框架强调各维度间的耦合关系，为后续章节的技术、经济与社会问题讨论提供了分析基础。
3. Technologies（技术）
3.1 Battery pack installation（电池包安装）
电池包安装方式主要分为驾驶室后置（cab-back）和底盘安装（chassis-mounted）两种。驾驶室后置方式利用驾驶室正后方的空间，在中国厂商中较为常见，其空间相对宽裕，便于电池更换与维护，尤其适用于将传统内燃机卡车改装为电动版本，且与换电技术兼容性较好；但该布局可能提高车辆重心，对行驶稳定性产生负面影响。底盘安装方式则是将多个电池包离散布置于底盘上，能够更灵活地分配重量，改善平衡性，为沃尔沃等传统卡车制造商所采用；然而，这种布置会降低离地间隙，影响越野性能，且电池标准化难度较大，与换电系统的兼容性相对不足。
3.2 Electricity refuelling technologies（电力补给技术）
3.2.1 Charging technologies（充电技术）
充电技术包括传导式电力传输（Conductive Power Transfer, CPT）和动态无线电力传输（Dynamic Wireless Power Transfer, DWPT）。CPT通过物理接触传输电力，具体包括插电充电、架空接触网充电（Overhead Catenary Charging, OCC）和基于轨道的导电充电。插电充电是最主流的方式，但实际充电功率受电池管理系统（Battery Management System, BMS）限制，在荷电状态（State of Charge, SOC）高于70%后功率逐渐下降。OCC允许卡车在行驶中通过受电弓从架空接触线取电，可减少车载电池需求，但基础设施投资大且存在磨损和视觉干扰问题。轨道导电充电可实现450 kW直流充电，但同样面临基础设施成本。DWPT通过路面磁感应线圈向车辆传输电能，可降低续航焦虑，但道路改造成本高、跨品牌互操作性差，且无线充电辐射对健康的影响尚不明确。
3.2.2 Battery swapping technology（电池更换技术）
电池更换技术能大幅缩短能源补给时间，实际换电过程仅需5至15分钟，适用于高频短途和长途运输场景。主要包含四种类型：顶部换电（top-swapping）、侧面换电（side-swapping）以及底部换电（bottom-swapping）。顶部换电利用钢索吊装电池，技术简单且容错性好，但自动化程度低。侧面换电分为针对驾驶室后置和底盘安装两种，前者采用门式旋转臂，需高精度视觉系统辅助，成本较高；后者需双侧机械臂和独立电池存储区，空间需求较小。底部换电在轻型电动车中已有应用，但用于重型卡车需举升车辆，设备复杂度高，且在泥水环境中可靠性较差。
3.2.3 Pros and cons for diverse electricity refuelling technologies（不同电力补给技术的优缺点比较）
对各电力补给技术从车辆兼容性、电池标准化、基础设施成本、占地面积、运营效率、维护可靠性、环境适应性和安全性八个维度进行比较。DWPT和OCC的车辆兼容性最差，而CPT和驾驶室后置换电兼容性最好；换电技术对电池标准化要求最严格，充电技术则基本无要求。DWPT和大型换电站基础设施成本最高，CPT成本最低。运营效率方面，换电技术尤其驾驶室后置换电效率最高，OCC和DWPT通过边行驶边供电提升连续性，但依赖路线和部署程度。环境适应性上，换电系统因部件位置较高而表现良好，CPT在良好热管理下也较稳健，底部换电和动态充电则易受天气和路况影响。安全性方面，高度自动化的换电系统能隔离人体与高压部件，CPT和OCC需严格防护，DWPT无暴露导体但依赖控制保护机制。
4. Applications（应用）
4.1 Short-haul trucking（短途运输）
短途运输通常指以出发点为中心150-250英里半径内的作业，路线相对固定，常涉及矿区、采石场、港口短驳及城市配送。由于活动范围有限，续航焦虑较小，适合采用电池电动卡车。固定路线和集中管理的特点也便于部署充电或换电设施，运营调度相对灵活。
4.2 Long-haul trucking（长途运输）
长途运输通常指里程超过250英里的运营，主要行驶于高速公路，例如城际干线、跨境走廊等。长途运输面临电池容量与有效载荷之间的权衡、充电设施不足以及充电时间长等显著挑战，这些因素直接影响运营效率。目前提出的潜在解决方案包括安装高容量电池、沿途快速充电、沿途换电以及实施eHighway架空接触网系统，但这些方案大多仍处于试验阶段。
5. Technological issues and challenges（技术问题与挑战）
5.1 Battery ageing and safety（电池老化与安全）
5.1.1 Battery ageing and open issues（电池老化与开放问题）
电池老化评估是电池电动卡车管理的关键挑战。高功率充电和频繁充电会加速电池容量衰减，尤其在换电租赁模式下，电池所有者需要承担因快速劣化导致的频繁退役成本。现有研究采用的降解模型复杂度不一，从简化的循环寿命与放电深度（Depth-of-Discharge, DoD）模型，到纳入温度等多应力因子的复杂模型，缺乏系统性方法。宏观经济学分析常采用简化循环估算，但高精度的高保真估算方法仍处于起步阶段。
5.1.2 Battery safety and open issues（电池安全与开放问题）
电池安全对重型卡车尤为重要，因为其电池材料用量大、电池组组装复杂、充电功率高。需要深入理解电池退化机制、滥用失效机制和热失控机制。重型卡车经常暴露于振动、冲击和路面颠簸，可能损坏隔膜或导致电芯变形，从而引发内短路。其工况比重型公交车更严酷，且依赖快充技术，因此电池安全与运行工况的耦合关系更复杂，必须针对其独特运行环境建立专用安全模型，不能直接沿用轻型电动车的经验。
5.2 Operation and facility（运营与设施）
5.2.1 Electricity demand（电力需求）
电力需求分析分宏观和微观两个层面。宏观层面关注长期聚合趋势，常用系统动力学和情景模拟分析车辆采用、出行需求和充电需求；微观层面聚焦单车能耗，结合行驶循环和能耗模拟，解析滚动阻力、海拔变化、加速度、环境温度和电池尺寸等变量的影响。充电行为建模用于预测充电需求的时空分布，常用方法包括基于GPS数据的行程链分析和多智能体模拟，但由于缺乏大规模实际运营数据，建模仍处于早期阶段。
5.2.2 Operation scheduling（运行调度）
运行调度包括车辆调度和设施调度。车辆调度分为线路运输和本地绕行两类。线路运输通常发生在城际高速，以单一起讫点（O-D）行程为特征，优化目标包括最小化绕行距离、最大化卡车流量、最小化运营成本等，常见约束有交通法规、充电计划、到岗时间、休息时间等。本地绕行类似旅行商问题，需考虑卸货顺序对能耗的影响以及途中充电需求。充电管理方面，高功率快充会对配电网产生爬坡负荷，需设计智能充电方案如负荷转移、协调充电和可再生能源集成。车辆到电网（Vehicle-to-Grid, V2G）和电池到电网（Battery-to-Grid, B2G）技术可将大容量电池作为灵活性资源，提供辅助服务和消纳可再生电力。
5.2.3 Facility planning（设施规划）
设施规划分为选址和定容。选址需综合考虑供给约束（土地、电网）和需求时空分布，方法包括基于节点、基于路径和基于活动三类。基于节点法提取长时间停放点、现有加油加气站和装卸点等候选位置；基于路径法结合能耗、行驶时间等优化；基于活动法分析个体或车队的活动和停留序列，适用于动态线路。定容解决充电桩数量、换电站电池库存及功率等级问题，常用排队论和优化模型，同时必须考虑电网容量约束。过大会造成投资浪费，过小则导致排队等待和运营中断。
5.2.4 Challenges and open issues for HDT operations（运营中的挑战与开放问题）
数据稀缺是主要障碍，尤其缺少公开的高分辨率实际运营数据。GPS数据可支持路线规划和运营效率优化，电池数据可评估老化和剩余容量，实际运营数据有助于充电设施调度和可再生能源利用。电网整合方面，高功率充电对配电网的冲击尚不明确，多车同时充电可能造成电压偏差和频率波动，但大容量电池也为虚拟电厂和需求响应提供机遇。自动驾驶技术方面，高精度感知和实时决策可提升安全性，电池电动卡车因电控架构更利于自动化，但公众接受度、法规滞后和就业影响等问题仍需解决。
6. Economic issues and challenges（经济问题与挑战）
6.1 TCO（总拥有成本）
总拥有成本（TCO）是评估商业车队采用电池电动卡车的关键指标，主要包括资本支出（CAPEX）、运营支出（OPEX）和残值（RV）。资本支出涵盖购置价格和充电设施投资；运营支出包括能耗、维护、保险等；残值与电池衰减和再售需求相关。TCO存在显著区域差异：中国因较低电价和购买补贴，TCO已接近甚至优于柴油车；而欧洲和美国分别高约22%和32%。电池尺寸是核心权衡因素：小电池配高功率充电可降低成本并减轻自重，但需更密集的充电设施；大电池提供长续航但增加成本和重量。
6.2 Economic incentives（经济激励）
购买阶段的激励包括直接补贴和代金券，如美国的混合动力与零排放卡车和客车代金券激励项目、中国的以旧换新补贴、荷兰的零排放卡车购买补贴。运营阶段的激励包括通行费减免，瑞士和挪威对电动车免收路费；低排放区政策限制高排放车辆进入城市，如伦敦针对零排放车免收拥堵费；碳税通过提高化石燃料价格促使运营商转向清洁能源。这些政策显著影响TCO的构成。
6.3 Challenges and open issues in economic aspects（经济方面的挑战与开放问题）
不存在单一最优技术，不同电力补给技术各有适用条件。先进技术如换电、OCC和DWPT初始投资高，但合理运营下运营成本更低。现有研究对个体经营者和大型车队的差异关注不足，后者规模效益显著但对TCO高度敏感。此外，排队等待时间、续航焦虑、货物有效载荷损失等非财务因素也应纳入TCO评估。电池容量与充电设施投资之间存在权衡，小容量电池结合大功率充电可增强竞争力，需针对具体用途优化续航里程。
7. Social issues and challenges（社会问题与挑战）
7.1 GHG emissions and air pollutants（温室气体排放与空气污染物）
采用生命周期评估（Life Cycle Assessment, LCA）方法，以“摇篮到大门”（Cradle-to-Gate, CtG）和“井到轮”（Well-to-Wheel, WtW）为系统边界，评估电池电动卡车的二氧化碳（CO
2）、氮氧化物（NOx）、PM
2.5等排放。运行阶段零尾气排放可显著降低NOx和PM，但上游发电和电池生产会带来额外排放，当地电网中煤电占比决定实际碳减排效果。不同应用场景下，电池电动卡车的温室气体排放优势并不一致，尤其在电池尺寸较大时，原材料开采和制造环节的排放影响显著。
7.2 Health and monetary values（健康与货币价值）
电池电动卡车推广可减少交通相关空气污染对公众健康的不利影响，降低呼吸系统疾病、癌症和心血管疾病的风险。健康效益常通过统计生命价值等指标货币化，基于浓度-响应函数计算过早死亡率的减少。然而，健康效益高度依赖电网结构：若新增电力由煤电承担，短期健康收益可能下降，甚至造成局部臭氧增加，产生公平性问题。电池生产过程中镍、钴等材料冶炼也会增加二氧化硫（SO
2）排放，需全生命周期视角评估。
7.3 Policy guidance（政策指导）
美国、欧盟和中国均设定了具有约束力的量化目标。美国为中型和重型卡车设定零排放市场份额目标
