高效卡車電池更換系統(tǒng) 能量補(bǔ)充不是夢(mèng)

如何能夠使中等運(yùn)輸距離的重型載重卡車實(shí)現(xiàn)電氣化,一個(gè)正在實(shí)踐中的研究項(xiàng)目RouteCharge—路線電池更換系統(tǒng)為此提供了一個(gè)解決方案。通過(guò)將智能交換電池系統(tǒng)應(yīng)用于載重量40t以內(nèi)的電動(dòng)卡車,使貨物運(yùn)輸更加面向未來(lái)。

受限于目前電池材料的能量密度,電動(dòng)汽車的續(xù)航問(wèn)題一直是阻礙其擴(kuò)大市場(chǎng)的一大短板。有一種解決方案是,在公路沿線建立電池充電站,車輛行駛進(jìn)入換電站后,直接替換電動(dòng)車輛的牽引電池,而并不需要在充電樁長(zhǎng)時(shí)間停留為車輛充電。

到目前為止,由于電動(dòng)汽車品牌多樣,缺乏標(biāo)準(zhǔn)化,尤其是由于電動(dòng)汽車有限的空間布置,以及牽引電池復(fù)雜的安裝情況,對(duì)于電動(dòng)汽車而言,更換電池的可行性極低。

然而電動(dòng)卡車不同,堅(jiān)固的車架具有支撐結(jié)構(gòu),貨物的側(cè)面下方仍具有大量的可用安裝空間。

載重卡車的行駛路線相對(duì)固定,能夠在固定的路線上利用換電站更換電池。最重要的是,電動(dòng)卡車可以設(shè)計(jì)外置的電池,使其不僅能夠便于拆卸更換,更能夠保證電池的散熱性能。這使得電動(dòng)卡車在換電站更換電池的概念更具吸引力且易于實(shí)施。

電動(dòng)卡車試驗(yàn)運(yùn)行

德國(guó)聯(lián)邦經(jīng)濟(jì)部資助了一項(xiàng)為期四年,持續(xù)到2020年4月的研究項(xiàng)目。該研究項(xiàng)目由德國(guó)物流公司Meyer&Meyer主持,與弗勞恩霍夫研究所以及柏林工業(yè)大學(xué)合作。該運(yùn)輸公司每天從德國(guó)北部的佩恩(Peine)沿著250公里的公路向柏林運(yùn)輸紡織品。

項(xiàng)目為此設(shè)計(jì)了電氣化卡車并建立了三個(gè)電池更換站。該項(xiàng)目的目標(biāo)是電動(dòng)載重貨車實(shí)現(xiàn)單次300公里的行駛距離。

通過(guò)收集所有車輛和電池內(nèi)部數(shù)據(jù),對(duì)受控智能充電管理進(jìn)行分析,為電動(dòng)卡車換電站系統(tǒng)優(yōu)化奠定了基礎(chǔ)。同時(shí),通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化電池接口,使卡車制造商以及服務(wù)商共同推出由車輛,可更換電池和電池充電站組成的系統(tǒng)。

這個(gè)項(xiàng)目投入運(yùn)行一輛18噸的重型卡車MANTGS,車身配備卡車更換式集裝箱?？ㄜ嚨牟裼桶l(fā)動(dòng)機(jī),變速箱以及油箱已拆除并在卡車側(cè)向安裝了可拆卸電池。兩個(gè)兩噸重的電池盒總?cè)萘窟_(dá)到318 kWh,大約是大眾e-Golf中牽引電池容量的九倍。

然而對(duì)于帶有集裝箱運(yùn)輸行駛的載重電動(dòng)卡車,此容量并不足以完成整個(gè)行程。因此,在佩恩和柏林之間的中間設(shè)置了三個(gè)換乘站,為車輛配備充滿電,隨時(shí)可供更換的電池。

在該項(xiàng)目的試驗(yàn)中,電動(dòng)卡車將會(huì)通過(guò)運(yùn)輸途中更換電池完成在7.25小時(shí)之內(nèi)完成從佩恩到柏林往返共500公里的行駛目標(biāo)。

實(shí)現(xiàn)快速更換電池的關(guān)鍵之一是電池組的自動(dòng)化拆卸。目前在試驗(yàn)階段該項(xiàng)目開(kāi)發(fā)了一種利用叉車的特殊安裝系統(tǒng)。

通過(guò)該安裝系統(tǒng),可以利用叉車將電池組取下并固定在充電站中進(jìn)行充電,并通過(guò)旋轉(zhuǎn)循環(huán)的電池充電架為電動(dòng)卡車進(jìn)行電池安裝。整個(gè)更換電池的流程能夠在短短幾分鐘之內(nèi)完成。

大容量電池?fù)Q電站—雙重效率的提升

沿著貨運(yùn)的路線,該項(xiàng)目以約每150公里的間隔建造用于電動(dòng)卡車的電池更換站。項(xiàng)目中使用的備用電池系統(tǒng)為換電站帶來(lái)了雙重好處。一方面,換電站可以為電動(dòng)車輛提供滿電的,可供更換的電池并產(chǎn)生收益。

在運(yùn)輸開(kāi)始和結(jié)束時(shí),更換電池的自動(dòng)化操作可以與集裝箱的拆卸同時(shí)進(jìn)行。電動(dòng)卡車在換電站更換電池后,空電池可以在換電站中充電等待下一輛需要更換電池的電動(dòng)卡車。

因此大幅度提升了卡車的運(yùn)輸效率。得益于這項(xiàng)技術(shù),電動(dòng)卡車?yán)碚撋峡梢酝ㄟ^(guò)在運(yùn)行途中更換電池實(shí)現(xiàn)全天候使用。對(duì)于貨物長(zhǎng)途物流行業(yè)來(lái)說(shuō),時(shí)間就是金錢。通過(guò)更換電池這一概念,電動(dòng)卡車在“補(bǔ)充能量“方面的效率甚至有希望超過(guò)傳統(tǒng)卡車。

另一方面,由于電力能源的特殊性質(zhì),一些通過(guò)新能源電網(wǎng)(例如風(fēng)能,水電站,潮汐能)產(chǎn)生的多余電力難以有效存儲(chǔ)起來(lái)進(jìn)行利用。

另外可再生能源由于不穩(wěn)定的能量來(lái)源(例如不穩(wěn)定的風(fēng)速),產(chǎn)生的電力波動(dòng)會(huì)帶來(lái)整體的電力損失。

RouteCharge項(xiàng)目能夠使用大容量電池作為智能電網(wǎng)的緩沖,這使得電池能夠從可再生能源的過(guò)剩的產(chǎn)能中吸收多余的電力,并在其他時(shí)間將其反饋到電網(wǎng)中。該項(xiàng)目的可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)是利用可再生能源來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

能源和存儲(chǔ)系統(tǒng)的智能管理可以最大程度地利用可再生能源產(chǎn)生的不可控的波動(dòng)電力,同時(shí)通過(guò)提供存儲(chǔ)設(shè)備控制電力來(lái)穩(wěn)定電網(wǎng)。

這樣可以使車輛在盡量減少二氧化碳排放的情況下運(yùn)行,并將能源成本降至最低。這一思想在宏觀上提高了可再生能源系統(tǒng)的電力生產(chǎn)效率。

總結(jié)

交換電池系統(tǒng)可確保貨物在長(zhǎng)距離行駛時(shí)幾乎不會(huì)浪費(fèi)時(shí)間,大幅度降低了運(yùn)營(yíng)成本,并且能夠彌補(bǔ)可再生能源電網(wǎng)的不足。

由于高效地解決了續(xù)航問(wèn)題,行駛無(wú)排放,而且噪音低,這種面向未來(lái)的電動(dòng)卡車通過(guò)配套的換電站系統(tǒng)幾乎可以隨時(shí)在城市之間中提供運(yùn)輸服務(wù)。

通過(guò)智能控制物流公司的車隊(duì)配置,以及換電站之間的網(wǎng)絡(luò)通訊可以確保在幾分鐘之內(nèi)完成電動(dòng)卡車的動(dòng)力補(bǔ)充。在即將到來(lái)的春天,也許能夠看到一種高效環(huán)保的電動(dòng)卡車行業(yè)的誕生。