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        電動(dòng)汽車(chē)換電模式與動(dòng)力電池標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)研究*

        2021-06-04 07:50:46鮑瑩覃俊樺黃祖朋鄧海文趙小羽
        汽車(chē)實(shí)用技術(shù) 2021年10期
        關(guān)鍵詞:新能源標(biāo)準(zhǔn)化汽車(chē)

        鮑瑩,覃俊樺,黃祖朋,鄧海文,趙小羽

        (上汽通用五菱汽車(chē)股份有限公司技術(shù)中心,廣西 柳州 545007)

        引言

        在能源轉(zhuǎn)型的時(shí)代背景下,發(fā)展新能源汽車(chē)特別是純電動(dòng)汽車(chē)是整個(gè)汽車(chē)行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)[1]。電動(dòng)汽車(chē)補(bǔ)充能源主要有兩種模式:充電模式和換電模式。換電模式因其用時(shí)少、幾乎可以同燃油車(chē)加油一樣便捷,因此具有很大的發(fā)展前景。換電電池的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì),使不同汽車(chē)生產(chǎn)企業(yè)、不同車(chē)型的新能源汽車(chē)都能夠共用同一型號(hào)的動(dòng)力電池包,則動(dòng)力電池就能夠得到最大化的利用,從而有效地降低換電成本,降低換電建設(shè)的門(mén)檻。

        1 電動(dòng)汽車(chē)常用換電模式

        1.1 底盤(pán)換電

        新能源汽車(chē)底盤(pán)換電模式是指將電池安裝在汽車(chē)底盤(pán)位置,換電作業(yè)時(shí)汽車(chē)需準(zhǔn)確停在指定范圍,由換電平臺(tái)的舉升機(jī)將底盤(pán)上的電池拆卸和安裝。由于不同車(chē)企和不同車(chē)型的底盤(pán)差異很大,對(duì)汽車(chē)底盤(pán)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)的可能性微乎其微,因此底盤(pán)換電模式只能對(duì)汽車(chē)底盤(pán)結(jié)構(gòu)或動(dòng)力電池結(jié)構(gòu)進(jìn)行改制,標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)比較困難。但是底盤(pán)換電也有一定好處,那就是可以將電池布置在保護(hù)殼內(nèi),安全系數(shù)較高。目前底盤(pán)換電主要以北汽新能源汽車(chē)為代表,應(yīng)用在出租車(chē)上。

        1.2 分箱換電

        新能源汽車(chē)分箱換電模式是指將電池小塊化、模塊化、根據(jù)車(chē)型不同對(duì)電池進(jìn)行組合,電池可以安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)艙底或后排座位下,換電時(shí)需要工作人員操作機(jī)械臂分別對(duì)電池組進(jìn)行拆卸和安裝。分箱換電不改變汽車(chē)底盤(pán)結(jié)構(gòu),易實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化。

        分箱換電的企業(yè)目前以力帆電動(dòng)汽車(chē)為代表,主要用在分時(shí)租賃汽車(chē)上。

        2 電動(dòng)汽車(chē)換電站設(shè)計(jì)

        未來(lái)?yè)Q電站的發(fā)展不可能局限于服務(wù)單一車(chē)型,而是多車(chē)型共同使用。應(yīng)用于多車(chē)型的換電站,至少包含以下五個(gè)模塊:定位系統(tǒng)、換電系統(tǒng)、運(yùn)維系統(tǒng)、安全系統(tǒng)和物流系統(tǒng)。具體構(gòu)成如圖1。

        圖1 多車(chē)型換電站設(shè)備組成

        換電系統(tǒng)作為換電站的核心系統(tǒng),由換電平臺(tái)、碼垛機(jī)、升降機(jī)構(gòu)、鎖止機(jī)構(gòu)、連接器等組成。其中,換電平臺(tái)和升降機(jī)構(gòu)等的設(shè)計(jì)就與電池密切相關(guān),電池標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)可以使換電平臺(tái)在設(shè)計(jì)時(shí)也做到標(biāo)準(zhǔn)化,從而兼容各種車(chē)型換電。

        定位系統(tǒng)由車(chē)輛識(shí)別、定位平臺(tái)、信號(hào)處理裝置等組成。定位系統(tǒng)能夠識(shí)別不同車(chē)型及車(chē)載電池信息,通過(guò)信號(hào)處理后下達(dá)指令引導(dǎo)車(chē)輛進(jìn)入指定換電區(qū)域開(kāi)始換電。

        物流系統(tǒng)由車(chē)輛管理和運(yùn)輸機(jī)組成,負(fù)責(zé)對(duì)站內(nèi)電池進(jìn)行補(bǔ)充、清理。通過(guò)物流系統(tǒng),可以將換電站與站外企業(yè)聯(lián)系起來(lái),實(shí)現(xiàn)電池梯次利用。

        安全系統(tǒng)負(fù)責(zé)換電站的安全管理,包括視頻監(jiān)控、電池預(yù)警處置、消防安全檢測(cè)等各類(lèi)安全監(jiān)控。安全系統(tǒng)對(duì)站內(nèi)各類(lèi)設(shè)施、操作實(shí)時(shí)監(jiān)控,為換電系統(tǒng)安全、可靠、有效運(yùn)行提供堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

        運(yùn)維系統(tǒng)負(fù)責(zé)充電管理、移動(dòng)救援等工作,能夠分析站內(nèi)電池的情況自動(dòng)進(jìn)行充電,同時(shí)接收站外車(chē)輛換電需求,提供移動(dòng)救援的服務(wù)。運(yùn)維系統(tǒng)部分的充電管理、安全系統(tǒng)的電池檢測(cè)、物流系統(tǒng)的運(yùn)輸?shù)冉Y(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與使用,都與電池互相影響,互相作用。

        3 電池標(biāo)準(zhǔn)化

        3.1 電池標(biāo)準(zhǔn)化現(xiàn)狀

        目前國(guó)內(nèi)外主流汽車(chē)生產(chǎn)企業(yè)都推出了新能源汽車(chē),各車(chē)企的發(fā)展理念、設(shè)計(jì)理念相差巨大,導(dǎo)致新能源汽車(chē)的電池成分、接口、安放位置、規(guī)格、通訊協(xié)議等無(wú)法統(tǒng)一。這給新能源汽車(chē)的管理和發(fā)展增加的阻力,也給換電模式的發(fā)展增加了難度。

        換電模式下電池的標(biāo)準(zhǔn)化是目前值得探索和改進(jìn)的方向。電池的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)可以參照國(guó)家對(duì)小轎車(chē)不同輪距與軸距尺寸范圍而劃分的四種型號(hào)標(biāo)準(zhǔn)(表1),換電站可以依照四種車(chē)型的底盤(pán)尺寸制定相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)電池箱,滿足大部分電池需求[2]。

        表1 電池箱分類(lèi)

        3.2 標(biāo)準(zhǔn)化電池的作用

        3.2.1 降低成本

        毫無(wú)疑問(wèn),統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)化的電池,在生產(chǎn)、運(yùn)輸、使用、維修、更換、梯次利用、報(bào)廢的全生命周期各環(huán)節(jié)都可以降低電池成本。同時(shí),換電站與電池相關(guān)的各環(huán)節(jié)也能降低設(shè)計(jì)和使用成本。

        3.2.2 降低換電門(mén)檻

        電池標(biāo)準(zhǔn)化后,換電站的設(shè)計(jì)只需要考慮標(biāo)準(zhǔn)化的電池,不需要為繁雜不通用的各型號(hào)電池設(shè)計(jì)相應(yīng)的系統(tǒng)。簡(jiǎn)化換電系統(tǒng),可以降低新能源汽車(chē)行業(yè)換電的門(mén)檻,推動(dòng)換電模式的發(fā)展。

        3.2.3 降低管理難度和安全風(fēng)險(xiǎn)

        換電站必然會(huì)存放大量電池,電池連接智能電網(wǎng)進(jìn)行統(tǒng)一管理,可以對(duì)電力資源進(jìn)行優(yōu)化。比如合理利用電力波谷時(shí)充電、進(jìn)行小倍率充電,可以大大提升電池的循環(huán)次數(shù)和使用壽命,降低運(yùn)營(yíng)成本,從而降低管理難度和安全風(fēng)險(xiǎn)[3]。

        4 電池標(biāo)準(zhǔn)化難點(diǎn)

        推行換電模式,電池標(biāo)準(zhǔn)化是必然趨勢(shì)。但以目前的發(fā)展?fàn)顩r來(lái)看,電池標(biāo)準(zhǔn)化還有一定難度,具體表現(xiàn)如下。

        4.1 行業(yè)不夠成熟

        目前國(guó)內(nèi)電池行業(yè)不夠成熟,不同企業(yè)在電池選材、設(shè)計(jì)、連接等方面不能達(dá)成共識(shí),無(wú)法形成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí),車(chē)企對(duì)于新能源汽車(chē)的理解、設(shè)計(jì)理念也有很大區(qū)別,沒(méi)有達(dá)成統(tǒng)一目標(biāo)。

        4.2 缺少?lài)?guó)家標(biāo)準(zhǔn)引導(dǎo)

        因國(guó)內(nèi)換電站發(fā)展還未形成一定規(guī)模,國(guó)家也并未給出統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范來(lái)引導(dǎo)市場(chǎng)和行業(yè)發(fā)展。各企業(yè)都在獨(dú)自探索著換電模式的運(yùn)行,沒(méi)有足夠的能力來(lái)主導(dǎo)整個(gè)行業(yè)的電池標(biāo)準(zhǔn)化難題。

        4.3 重大難題還未解決

        電池行業(yè)發(fā)展至今,電池能量密度或者說(shuō)新能源汽車(chē)的續(xù)航問(wèn)題一直都是行業(yè)的痛點(diǎn),且在短時(shí)間內(nèi)難以解決[4]。在續(xù)航問(wèn)題還未解決的條件下,行業(yè)一般都以“電池服從底盤(pán)”的思路來(lái)開(kāi)發(fā)電池,換電電池的標(biāo)準(zhǔn)化問(wèn)題只能延后考慮。

        5 結(jié)語(yǔ)

        在能源轉(zhuǎn)型的時(shí)代背景下,換電模式自動(dòng)化、高效化、便捷化是推動(dòng)新能源汽車(chē)普及的有效途徑[5]。推動(dòng)電池的標(biāo)準(zhǔn)化,是發(fā)展換電模式至關(guān)重要的一部分。誠(chéng)然,在當(dāng)前的社會(huì)、行業(yè)條件下,換電電池的標(biāo)準(zhǔn)化還有很高的難度,沒(méi)有成熟的行業(yè)提供基礎(chǔ),缺乏國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)作為引導(dǎo),電池關(guān)鍵技術(shù)難題尚未解決等。但隨著新能源汽車(chē)的不斷發(fā)展,換電站的普及一定會(huì)提上日程,屆時(shí)標(biāo)準(zhǔn)化電池的必要性也會(huì)日益突出。探索標(biāo)準(zhǔn)化電池,必將大力推動(dòng)換電模式的發(fā)展。

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