電動(dòng)汽車集裝箱式換電站應(yīng)用

裴金良

隨著電動(dòng)汽車的快速發(fā)展，電動(dòng)汽車的充電方式越來越受到用戶關(guān)注。以直接更換電池的方式來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的充電模式，能夠延長電動(dòng)汽車的續(xù)航里程，并大大節(jié)省用戶等待電池充電的時(shí)間。北京新能源汽車股份有限公司（以下簡稱“北汽新能源”）作為我國首家生產(chǎn)可換電池車型的新能源汽車生產(chǎn)商，自2016年開始向北京、廣州、蘭州、廈門等地出租車市場大規(guī)模推廣可換電池車型EU260和EU300，共計(jì)投放6 000多輛可換電池出租車。隨著私車市場對可換電池車型的呼聲越來越高以及換電池技術(shù)的日益成熟，北汽新能源決定向私車市場銷售可換電池車型?？蓳Q電池車型研發(fā)和推廣力度的加大對換電站建設(shè)提出更高要求：首先，換電站設(shè)置必須達(dá)到一定密度，以更好地滿足用戶的換電池需求；其次，換電站必須能夠?qū)崿F(xiàn)快速、安全換電，以凸顯換電相較于充電的優(yōu)勢。本文介紹上海晟極特種貨柜有限公司與上海電巴新能源科技有限公司針對北汽新能源EU220車型合作建立集裝箱式換電站的方案。

1 集裝箱式換電站模式對電動(dòng)汽車的要求

1.1 底盤結(jié)構(gòu)

北汽新能源可換電池EU300車型底盤及不可換電池EU400車型底盤分別見圖1和圖2。可換電池車型的電池一般安裝在汽車底部，并采用快速鎖緊機(jī)構(gòu)固定，以便換電站自動(dòng)快速取換電池。EU300車型的電池安裝在底盤中間，外面由框架予以固定和保護(hù)（見圖3）；而EU400車型不考慮頻繁裝卸電池，因此未設(shè)底盤外框。

1.2 電池規(guī)格和充電接口

為了實(shí)現(xiàn)不同型號的電動(dòng)汽車能在同一個(gè)集裝箱式換電站內(nèi)換電池，電池規(guī)格和充電接口必須統(tǒng)一。集裝箱式換電站自動(dòng)換電池步驟如下：首先，平移小車抓取電池；然后，碼垛機(jī)將電池放入指定的充電空位，并將充滿電的電池取出，安裝在電動(dòng)汽車上。若電池規(guī)格和充電接口不統(tǒng)一，則無法實(shí)施換電池流程。

2 電動(dòng)汽車集裝箱式換電站的換電池流程

為了達(dá)到北汽新能源EU220車型快速換電池的目標(biāo)，將1個(gè)8 000 mm？ 000 mm？ 160 mm換電池集裝箱與1個(gè)7 000 mm？ 500 mm？ 160 mm電池儲存及充電集裝箱組合形成集裝箱式換電站（見圖4），其中，電池儲存及充電集裝箱可以根據(jù)實(shí)際情況加長，以滿足更多電池充電的需要。在集裝箱式換電站模式下，僅需即可完成換電池操作，并可滿足37塊電池儲存、充電和檢測的要求；在換電站內(nèi)部的恒溫環(huán)境下，對電池以0.45C充電倍率慢充電量，并且對每塊電池的充電功率曲線實(shí)施實(shí)時(shí)監(jiān)控，從而有效保障電池狀態(tài)，延長電池使用壽命。電動(dòng)汽車集裝箱式換電站的換電池流程如圖5所示。

2.1 電動(dòng)平移小車取電池

電動(dòng)汽車駛?cè)爰b箱式換電站，通過地板上的導(dǎo)軌和輪胎槽自動(dòng)校準(zhǔn)車輛位置（見圖6）；停車斷電并確認(rèn)數(shù)據(jù)后，進(jìn)入全自動(dòng)換電池操作流程。取電池具體流程如下：電動(dòng)平移小車（見圖7）自動(dòng)解鎖電池殼體上的16個(gè)鎖緊機(jī)構(gòu)，取出無電電池，然后移動(dòng)到待定位置（碼垛機(jī)等待工位），等待碼垛機(jī)取走無電電池。

2.2 碼垛機(jī)更換電池

2.2.1 碼垛機(jī)將無電電池放入充電空位

等待工位上的碼垛機(jī)收到電動(dòng)平移小車到達(dá)指定工位的信號后，從電動(dòng)平移小車上取下無電電池。電池架充電工位如圖8所示，假設(shè)B13為充電空位，D24為滿電電池工位，滿電電池工位有多個(gè)。碼垛機(jī)先移動(dòng)2 720 mm至B13水平位置（見圖4），再抬升1 400 mm至B13高度位置（見圖9）；B13在碼垛機(jī)左側(cè)，碼垛機(jī)平臺向左移動(dòng)，將無電電池放入B13充電空位。碼垛機(jī)工作場景如圖10所示。

2.2.2 碼垛機(jī)取出滿電電池

碼垛機(jī)先移動(dòng) =至D24水平位置（見圖4），再抬升 =至D24高度位置（見圖9）；D24在碼垛機(jī)右側(cè)，碼垛機(jī)平臺向右移動(dòng)，將滿電電池從D24充電工位取出。

2.2.3 碼垛機(jī)駛?cè)氪ㄎ恢?/p>

碼垛機(jī)先下降 900 mm至初始高度（見圖9），再水平移動(dòng)6 510 mm（見圖4）；碼垛機(jī)駛?cè)氪ㄎ恢?，將滿電電池放至電動(dòng)平移小車上。

2.3 電動(dòng)平移小車安裝電池

電動(dòng)平移小車移動(dòng)至換電池平臺位置，將滿電電池裝入電動(dòng)汽車相應(yīng)位置，擰緊鎖緊機(jī)構(gòu)，完成整個(gè)換電池流程。

3 電動(dòng)汽車集裝箱式換電站應(yīng)用效果

集裝箱式換電站為新能源汽車生產(chǎn)商快速布局換電站提供了可能。集裝箱式換電站在工廠組裝調(diào)試后直接運(yùn)往安置位置即可投入使用，具有使用便捷、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)；不過，換電站理念的接受度有待提高，換電站商業(yè)模式的經(jīng)濟(jì)效益仍有待進(jìn)一步驗(yàn)證。此外，在實(shí)際應(yīng)用過程中，集裝箱式換電站要求不同品牌和型號電動(dòng)汽車的電池規(guī)格、充電接口、檢測接口統(tǒng)一；因此，相關(guān)工件的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)化還有很長的路要走。展望未來，隨著用戶對電動(dòng)汽車換電池續(xù)航模式的廣泛認(rèn)可，將有更多的新能源汽車生產(chǎn)商加入集裝箱式換電站經(jīng)營模式，換電站的經(jīng)濟(jì)效益將更加凸顯，換電站服務(wù)也將逐步優(yōu)化和大眾化。

（編輯：曹莉瓊 收稿日期：2018-08-16）