专汽通权威解读:三种重卡换电站的技术路线详细对比解析,以及代表品牌介绍

目前随着排放法规进一步加严,各大汽车厂商为了响应国家政策都开始走向电动汽车市场。近年来电动汽车进入市场的数量越来越多,而电动汽车依然存在着能量补给问题,如何快速能量补给给电动汽车成为当今各大厂商和用户首要解决的问题。电动汽车能量补给有两种方式:充电和换电。充电占用时间长无法解决长途续航,而换电可给车辆快速补给能量。因此,换电站的布置是电动汽车的最基础服务措施。当前市场电动重卡的电池安装方式多种多样,主流的换电技术路线包括整体单侧换电方案、顶吊式换电方案、整体双侧换电方案3种。

顶吊式换电站

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从专利看顶吊式换电过程

以专利 一种纯电动重载车辆顶部吊装充换电系统的制作方法 为例,该专利由上海玖行能源科技有限公司申请。

准备阶段:首先在电池存放区域,包括至少一个已充电电池箱,用于替换待换重卡上的待换电池箱;自动换电机器人,位于待换重卡和电池存放区域上方,并且能够自由移动。

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换电阶段:通过待换重卡的电池箱定位锁紧装置解锁电池箱后,由自动换电机器人从上方抓取所待换重卡上的待换电池箱,并将待换重卡上的待换电池箱吊装放入电池存放区域。自动换电机器人从电池存放区域上方抓取所述已充电电池箱,将已充电电池箱吊装放置于重卡上的电池箱定位锁紧装置所在位置,通过电池箱定位锁紧装置进行定位锁紧,实现所述待换电车辆的电池箱的更换。

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优点

较早投入进行试点示范的是顶吊式换电方案,由于该种换电方式采用钢索吊装电池包,在电池包接近落座时,钢索具有一定的柔性,比较容易实现误差的兼容。因为顶吊式换电的定位方式比较简单,对司机的驾驶技能要求较高,对于港口、矿山等司机经过强化培训的封闭场景,能够发挥司机管理优势,使控制系统简化降低成本,因此是属于技术简单、成本比较低、可行性比较好的换电方案,也是最早商用化的换电方案

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缺点

由于换电过程自动化和智能化程度低,换电站进一步提高换电速度的潜力较低。顶吊换电的抓具需要在车辆的上方,造成设备总高度较高,在一些城市建设申报时会被定性为临时建筑,需要进行临时建筑审批,建站审批过程相对复杂。

代表企业:上海玖行能源

上海玖行顶吊式的换电系统方案,可实现单车5分钟内完成换电,充电功率3.3MW,占地面积200㎡。为确保动力电池的安全可控,玖行与宁德时代合作,重卡可以根据工况灵活换装不同电量的电池包;为了能够集中管理电池包,延长电池使用寿命,玖行与华为合作开发的换电智能云平台监控运管系统。

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企业实力:成立于2014年的玖行能源的核心班底来自于国家电网下属企业。成立之初,仅有十多名核心技术人员。企业落户嘉定后,嘉定工业区从房租减免、人才补贴、专项资金等方面给予大力扶持,培育企业做强做大。企业也是苦练“内功”,每年以销售收入的7%至10%投入研发,瞄准智能充电桩和换电技术两个领域开展自主创新。目前,玖行能源已经在上海30个公交站和7大枢纽站建成了智能化、综合性的充电场站。

整体单侧式换电站

从专利看单侧式换电过程

以专利 一种侧出式集装箱换电站 为例,该专利由宁波江宸智能装备股份有限公司申请。

单侧式换电换电站在更换时分为前预备阶段、上车阶段、后预备阶段。在预备阶段时,堆垛机的货叉后移到电池架前,抓取吸盘套件将电池架上的新电池吸出并后移将电池放置在堆垛机的货叉上,然后堆垛机的货叉前行伸出到装卸中转站后方,装卸中转站的伸缩盘前行,然后堆垛机将货叉上的新电池送到装卸中转站上的伸缩吸盘机构上,伸缩吸盘机构后缩把新电池放置在伸缩盘上,完成预备阶段。

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在上车阶段时,重卡开上驻车平台后,在上坡导正滚棒组和横向滑动滚棒组作用移到居中位置,四个轮子位于V型凹槽内,导正机构的导正轴把车辆推动到准确的居中位置,然后举升机构上行把车辆抬起露出下侧电池更换位,装卸中转站的空置伸缩盘前行,抓取吸盘套件将空电池从电动重卡上取下放入抓取空置伸缩盘中,然后装卸中转站转盘转动180度,将装有新电池的伸缩盘面对重卡电池仓,伸缩盘前行,抓取吸盘套件将新电池放入电池仓中,完成更换电池。

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在后预备阶段,堆垛机的货叉前行,伸缩吸盘机构把装卸中转站上的空电池包送到货叉上,货叉的抓取吸盘套件将电池吸出并移动到堆垛机另一侧的电池架上,放下电池,完成下电池循环,其中前预备阶段和后预备阶段可在一个工作工序中实现。

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整体单侧换电技术对科技要求更高

整体单侧换电的电池抓取机构是刚性的,机器人在抓取电池之间没有柔性环节,如果车辆电池与既定位置对位偏差,换电机器人产生校正位置的力则会很大,对导向机构会产生很大的损伤。所以整体单侧换电对智能化技术的挑战更大,对控制精度的要求更高,需装备激光雷达及视觉传感器,导致其成本也相对比较高。

整体单侧换电技术降低人为操作难度

由于整体单侧换电智能化程度比较高,其对司机的专业性要求较弱,可适应城市中的渣土车、牵引车、水泥搅拌车等多类车型,且对司机换电停车的要求相对较低,其智能化装备也发挥了较大价值。此外,侧换式换电的优势是换电站的主体装备高度与车高相当,在城市建设时比较容易被定性为装备,可以免去临时建筑审批流程。

代表企业

金茂科易开发的整体单侧式换电方案,可实现单车3至5分钟换电,充电功率2.4MW至3MW,占地面积200㎡。该换电系统采用全自动化设计,通过图像识别技术实现无人换电,换电时间在5到6分钟左右,达到国内先进水平。全部换电矿卡车辆和电池状态信息可上传,并结合历史数据分析预测电池的健康状态,对故障和火灾隐患进行提前预警和自动干预。提升了系统设备的可靠性和安全性,为未来电池退役后的梯次利用提供了支撑。

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由于换电站采用全自动化操作,驾驶员全程无需下车,数分钟之内就可以完成电池更换,获得一块满电的新电池,迅速投入新一轮出勤。根据有效计算,采用换电模式比采用充电模式能够节约将近1000小时每十万公里,特别是长途干线物流运输领域,换电模式“能源补充快”的优势能够大大提高车辆的出勤率。

目前,金茂产品已经适应平台化开发,可以兼容各种车辆。电池系统也可以实现各车型的标准化和统一化,这对于运营商来讲非常重要。

整体双侧式换电站

整体双侧换电最大的优势是电池不占货箱空间,适用于电池存储位置有限的矿卡车型。整体双侧换电对部分必须双侧布置电池的场景及车型具有无可替代的优势。但是,由于整体双侧换电需要装备两套机器人及两套电池存储充电仓,其成本也相对较高。

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专利解读

以专利 CN201920538571.9一种集装箱双侧换电站 为例,

将电动重卡开上驻车平台后,在上坡导正滚棒组和横向滑动滚棒作用下到居中位置,四个轮子位于V型凹槽内,导正机构的导正轴把车辆推动到准确的居中位置,然后举升机构上行把车辆抬起露出下侧电池更换位。

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然后堆垛机的货叉前行到车辆电池仓位置,抓取吸盘套件将电池吸出并移动到堆垛机另一侧的电池架上,放下电池,然后堆垛机将电池架上的备用电池取出放置到电动车的电池仓内,完成一个循环。

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代表企业

国家电投河南公司首座充换电站由配电系统、充电系统、换电系统、安防系统组成,换电站占地面积240平方米,站内设置1个车道并预留二期扩建车道,车辆通过二维码识别——激光定位——人工确定按钮最后启动换电,系统得到指令后自动对电池解锁,行吊自动抓取电池换至车身,换电过程最快仅需3分钟,电池充电仅需40分钟,实现了电池快速可持续充、换电,每天最多可充电100辆,实现24小时无人值班不间断运营。

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三换电站对比

整体单侧侧换比较适合城市的公共型换电站,因为它天生就需要视觉、激光雷达精密的定位装置,换车型的时候适应性很好,智能化程度比较高,对司机的专业性要求就弱了,城市里面有渣土车、牵引车、水泥搅拌车等等,作为公共网络的时候,对于司机的要求不能那么高,所以智能化程度就发挥了价值。

而顶吊式,它的定位方式比较简单,对司机的驾驶技能要求较高,否则就会降低换电成功率,但是对于像一些港口、矿山等专用的封闭场景,司机是经过强管理、做好培训、封闭式运行,其实能够发挥司机管理优势,使控制系统简化,整个控制成本下降。但由于自动化和智能化程度低,进一步提高换电速度的潜力较低。

双侧最大的优势是电池不占货箱空间,对于矿山这种地方,它不能轻易拉长轴距来满足放电池的位置,对一些不得双侧布置电池的场景有无可替代的优势,但是缺点就是成本高,因为它是两套机器人,两套存储充电仓。

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专用车时代原创内容,作者:yison,该文章不代表专汽通立场。转载请注明出处:https://www.spvtime.com/156481/

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