重卡電動化是新能源汽車發展的重要組成部分,在節能減排領域具有巨大的潛力,是我國實現“30•60碳排放目標”的重要突破口!2020年國務院政府工作報告》明確提出,新基建內容將“建設充電樁”擴展為“增加充電樁、換電站等設施”。2020年4月發布的《關于完善新能源汽車推廣應用財政補貼政策的通知》,明確支持“車電分離”等新型商業模式發展,說明政府相關部門已經看到換電模式在部分應用場景中的特殊優勢,并開始考慮相關的鼓勵支持政策。

 

1.換電重卡的發展環境

電動重卡在排放、駕駛體驗、使用成本以及車輛管理等方面具有一D優勢。排放方面,電動重卡依托電力驅動,可實現零排放,并且具有電機驅動帶來的噪音降低、換擋便利、振動減小等優勢,極大改善了司機的駕乘環境;成本方面,電動重卡在部分應用場景中帶來的經濟效益很明顯,使得電力消耗的成本遠遠低于柴油車;管理方面,重卡電動化將使得車輛數據更加容易采集及上傳分析處理,可以進一步提升技術服務,優化佳通領域的能源供給,在某些封閉場景里(如礦山、港口),基于電動化的無人化技術應用,極大的解決了安全事故隱憂。

 

當前,各整車企業紛紛推出了純電動重卡產品并投放市場,雖然技術和產品較為成熟,但是即使在前期依托高額補貼的情況下純電動重卡市場規模仍然較低且增長較慢?傮w來講,純電動重卡前期的推廣面臨一D的發展瓶頸,主要原因包括以下幾個方面:###,傳統重卡一般整車銷售價格約三、四十萬元,而部分純電動重卡約上百萬元;第二,純電動重卡運營效率比較低,充一次電###快也要1###2小時,如###充電兩次則極大占用了車輛的有效運營時間,影響了車輛的運營收益。第三,車輛占用體積大,需要的充電功率大,充電站建設有難度。

 

采用換電模式可以有效的彌補部分充電模式的短板,在部分場景中可以有效的促進重卡電動化的發展。成本方面,換電模式可以通過車電分離的方式降低購置成本,目在前推出的商業化方案中,換電重卡的購車價格(不包括電池成本)只比傳統車貴5萬元左右。運營效率方面,可以換電降低車輛載電量,使得整車重量只比傳統車重1噸左右,極大的降低了電池自重對電動重卡載重的影響。而且換電過程可以做到在5分鐘之內完成換電,和傳統車加油時間相當,因此可以實現車輛的連續運營,也解除了充電對重卡運營效率的影響。占地資源方面,換電站占地面積比較小,配電容量利用系數較高,節約了土地和電力資源。通過以上幾個方面,可有效的將充電面臨的相關的難點加以解決,實現重卡的電動化應用。當前,換電重卡在部分特定場景中已經投入應用,比如公轉鐵運輸、港口運輸等場景下的純電動重卡多半已經是換電車型。

 

2.重卡換電站及換電方式分析

目前純電動重卡的換電技術路線包括整體單側換電方案、頂吊式換電方案、整體雙側換電方案等不同方式。

 

其中,較早投入進行試點示范的是頂吊式換電方案,由于該種換電方式采用鋼索吊裝電池包,在電池包接近落座時,鋼索具有一D的柔性,比較容易實現誤差的兼容,所以頂吊式換電屬于技術簡單、成本比較低、可行性比較好的換電方案,也是###早商用化的換電方案。因為頂吊式換電的定位方式比較簡單,對司機的駕駛技能要求較高,對于港口、礦山等司機經過強化培訓的封閉場景,能夠發揮司機管理優勢,使控制系統簡化降低成本。但由于換電過程自動化和智能化程度低,換電站進一步提高換電速度的潛力較低。此外,頂吊換電的抓具需要在車輛的上方,造成設備總高度較高,在一些城市建設申報時會被定性為臨時建筑,需要進行臨時建筑審批,建站審批過程相對復雜。例如,金茂科易開發的單側式的整體式換電方案(見圖1),可實現單車3###5分鐘換電,充電功率2.4MW###3MW,占地面積200。

 

換電,充換電,重卡換電

圖1  頂吊換電站圖例

 

整體單側換電的電池抓取機構是剛性的,機器人在抓取電池之間沒有柔性環節,如果車輛電池與既定位置對位偏差,換電機器人產生校正位置的力則會很大,對導向機構會產生很大的損傷。所以整體單側換電對智能化技術的挑戰更大,對控制精度的要求更高,需裝備激光雷達及視覺傳感器,導致其成本也相對比較高。由于整體單側換電智能化程度比較高,其對司機的專業性要求較弱,可適應城市中的渣土車、牽引車、水泥攪拌車等多類車型,且對司機換電停車的要求相對較低,其智能化裝備也發揮了較大價值。此外,側換式換電的優勢是換電站的主體裝備高度與車高相當,在城市建設時比較容易被定性為裝備,可以免去臨時建筑審批流程。例如,上海玖行頂吊式的換電系統方案(見圖2),可實現單車5分鐘內完成換電,充電功率3.3MW,占地面積200。

 

換電,充換電,重卡換電

圖2  整體單側換電站圖例

 

整體雙側換電###大的優勢是電池不占貨箱空間,適用于電池存儲位置有限的礦卡車型。整體雙側換電對部分必須雙側布置電池的場景及車型具有無可替代的優勢。但是,由于整體雙側換電需要裝備兩套機器人及兩套電池存儲充電倉,其成本也相對較高。例如,###電網開發的應用于電動礦卡的雙側式換電解決方案(見圖3),主要用于礦山,可在5分鐘內完成換電。

 

換電,充換電,重卡換電

圖3  整體雙側換電圖例

 

表1:換電技術路線對比

 

 

3.換電模式發展趨勢展望

當前,換電站建設仍面臨審批難度大、選址與配電接入難、換電共享化與智能化推動難等問題。各地換電站建設審批流程不統一,換電站建設的協調難度大,而且許多城市未明確換電站可以享受新能源汽車充電基礎設施建設補貼,進一步拉大了與充電站建設、運營成本的差距。工信部在2020年10月發布的全國政協第1535號提案答復函中提到,下一步工信部將聯合相關部門發布實施《推動公共領域車輛電動化行動計劃》,加快推進工程機械和重卡電動化。此外,工信部還將會同相關部門,繼續完善相關技術標準,加快《電動汽車換電安全要求》###標準的審查報批,鼓勵企業根據適用場景研發換電模式車型,支持北京、海南等地方開展換電模式試點推廣,推動商用車電動化高質量發展。

 


來源:蓋世汽車