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如何看待换电重卡的方向?

汽车电子设计 | 汽车行业方面技术的意见领袖 2022/01/23 20:33

2021年的汽车市场,可以从乘用车、大巴和专用车几个方向上来看。乘用车不用多说,大巴的市场一直比较平稳 (或者说潜力基本用尽) ,专用车在2021年表现出来不俗的战斗力。

目前从装机量来看,纯电动专用车占据了中国第二大车用动力电池市场,而2022年在重卡电动化在节能减排方面具有巨大的潜力。

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表1 2022年主要市场的增长速度

重卡电动化跟乘用车电动化是有本质的区别,它是重卡生产工具,油电价差的存在使得电动化具备非常好的经济性的基础。但是这个里面仍有一些不利的因素,从传统来看:

1.纯电动重卡成本高: 很贵,一台100多万比依靠发动机的传统重卡 (30万) 贵了2-3倍左右

2.纯电重卡运营效率低: 重卡比较重,装完电池更重 (比传统车重2吨多) ,这使得纯电重卡有效运力下降,收入会减少;更要命的是充电慢 (一次最快一个小时) ,找不到充电桩可能耽误两三个小时,极大占用了运营时间。这使得纯电重卡带来的收益受到极大的打击,经济性没有体现出来。

3.配套建设难度大: 由于纯电重卡体积大,需求充电功率大,充电厂站建设是很有难度的。

以上几点使得重卡换电这个方案具备了很大的可能性。

从2021年的实际来看,重卡的换电变成了一个很好的破局点,主要依赖于车电分离的商业模式与换电的技术相结合:

首先通过金融手段设立公司,由电池银行把重卡电池买走,再租给用户,向用户收电池租金 (可分为按月收和按公里收等方式) ,换电运营商提供充电和换电服务,整车厂直接卖车。

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图1 换电模式的优势(参考自换电对重卡电动化的关键作用和产业化探索)

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Part 1 换电技术的现状

根据立国之前的分类演讲,国内重卡换电技术主要有三种:顶吊式换电、单侧整体换电、双侧整体式换电。

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图2 三种不同的换电方式

● 顶吊式的换电方案 :这种方案是使用钢索来调运电池包,接近落座的时候,使用钢索的柔性实现对位误差兼容,特点是技术简单、成本比较低,是最早商用化的方案。

● 整体侧换的方案: 采用机器人刚性的抓取机构,控制精度要求比较高。比较适合城市的公共型换电站,换电机器人需要视觉、激光雷达精密的定位装置,这使得适应性很好、推广起来更容易。其中双侧最大的优势是电池不占货箱空间,需要两套机器人,两套存储充电仓。

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图3 重卡换电示意图

从分解来看,电池的存储充电仓,一般采用就地充电的方案。在环境恶劣情况下,也可以把后面的整套存储充电仓装在车上运输,在特殊区域进行配件。这个里面核心部件就是换电机器人——对电池搬运设备,可以从侧面抓取 (通过激光雷达或者机器视觉进行精准定位), 甚至是吊顶顶上抓取 (定位平台) 。换电的车载系统一般是由一个车载的换电底座跟车固定在一起,有一个可更换的换电式电池系统总成,在车和换电站之间进行流转。

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图4 换电装置概览

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Part2 宁德时代的标准换电电池

这个工作,其实宁德时代和国家电投做了不少事情。

国家电投旗下的玖行能源公司提供整套换电机构,玖行能源也可建设换电站。在纯电重卡的车辆底盘上安装了对接换电电池包的底座,底座上安装两个充电连接器和放电连接器,在电池包上也有相对应的插接器,由于换电过程中会频繁的插拔,对充电连接器和放电连接器的可靠性和耐久性要求相当的高,插拔次数要求也是极高的。

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图5 重卡标准电池包

这个电池包设计的方案,是并联扩展的方案,从282kWh最大扩展到350kWh。我的理解,在做乘用车换电的同时,重卡换电和标准电池方案已经跑了一段时间了。

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图6 换电重卡的换电连接器部分

小结:我在想就换电连接器和充换电之间的差异,可以测算下总体的容量,随着换电作为一种方案尝试在各个领域推广,需求还是在有序增长的。

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