高效汽車蓄電池更換系統能量補充綱要
在公路沿線建立電池充電站，車輛行駛進入換電站後，直接替換電動車輛的牽引電池，而並不需要在充電樁長時間停留為車輛充電。
如何能夠使中等運輸距離的重型載重卡車實現電氣化,一個正在實踐中的研究項目RouteCharge—路線電池更換系統為此提供了一個解決方案。通過將智能交換電池系統應用於載重量40t以內的電動卡車,使貨物運輸更加面向未來。
受限於目前電池材料的能量密度,電動汽車的續航問題一直是阻礙其擴大市場的一大短板。有一種解決方案是,在公路沿線建立電池充電站,車輛行駛進入換電站後,直接替換電動車輛的牽引電池,而並不需要在充電樁長時間停留為車輛充電。
到目前為止,由於電動汽車品牌多樣,缺乏標準化,尤其是由於電動汽車有限的空間佈置,以及牽引電池複雜的安裝情況,對於電動汽車而言,更換電池的可行性極低。
然而電動卡車不同,堅固的車架具有支撐結構,貨物的側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,電動卡車可以設計外置的電池,使其不僅能夠便於拆卸更換,更能夠保證電池的散熱性能。這使得電動卡車在換電站更換電池的概念更具吸引力且易於實施。
電動卡車試驗運行
德國聯邦經濟部資助了一項為期四年,持續到2020年4月的研究項目。該研究項目由德國物流公司Meyer&Meyer主持,與弗勞恩霍夫研究所以及柏林工業大學合作。該運輸公司每天從德國北部的佩恩(Peine)沿着250公里的公路向柏林運輸紡織品。
項目為此設計了電氣化卡車並建立了三個電池更換站。該項目的目標是電動載重貨車實現單次300公里的行駛距離。
通過收集所有車輛和電池內部數據,對受控智能充電管理進行分析,為電動卡車換電站系統優化奠定了基礎。同時,通過標準化電池接口,使卡車製造商以及服務商共同推出由車輛,可更換電池和電池充電站組成的系統。
這個項目投入運行一輛18噸的重型卡車MAN TGS,車身配備卡車更換式集裝箱。卡車的柴油發動機,變速箱以及油箱已拆除並在卡車側向安裝了可拆卸電池。兩個兩噸重的電池盒總容量達到318 kWh,大約是大眾e-Golf中牽引電池容量的九倍。
然而對於帶有集裝箱運輸行駛的載重電動卡車,此容量並不足以完成整個行程。因此,在佩恩和柏林之間的中間設置了三個換乘站,為車輛配備充滿電,隨時可供更換的電池。
在該項目的試驗中,電動卡車將會通過運輸途中更換電池完成在7.25小時之內完成從佩恩到柏林往返共500公里的行駛目標。
實現快速更換電池的關鍵之一是電池組的自動化拆卸。目前在試驗階段該項目開發了一種利用叉車的特殊安裝系統。
通過該安裝系統,可以利用叉車將電池組取下並固定在充電站中進行充電,並通過旋轉循環的電池充電架為電動卡車進行電池安裝。整個更換電池的流程能夠在短短几分鐘之內完成。
大容量電池換電站—雙重效率的提升
沿着貨運的路線,該項目以約每150公里的間隔建造用於電動卡車的電池更換站。項目中使用的備用電池系統為換電站帶來了雙重好處。一方面,換電站可以為電動車輛提供滿電的,可供更換的電池併產生收益。
在運輸開始和結束時,更換電池的自動化操作可以與集裝箱的拆卸同時進行。電動卡車在換電站更換電池後,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卡車。
因此大幅度提升了卡車的運輸效率。得益於這項技術,電動卡車理論上可以通過在運行途中更換電池實現全天候使用。對於貨物長途物流行業來説,時間就是金錢。通過更換電池這一概念,電動卡車在“補充能量“方面的效率甚至有希望超過傳統卡車。
另一方面,由於電力能源的特殊性質,一些通過新能源電網(例如風能,水電站,潮汐能)產生的多餘電力難以有效存儲起來進行利用。
另外可再生能源由於不穩定的能量來源(例如不穩定的風速),產生的電力波動會帶來整體的電力損失。
RouteCharge項目能夠使用大容量電池作為智能電網的緩衝,這使得電池能夠從可再生能源的過剩的產能中吸收多餘的電力,並在其他時間將其反饋到電網中。該項目的可持續發展目標是利用可再生能源來實現的。
能源和存儲系統的智能管理可以最大程度地利用可再生能源產生的不可控的波動電力,同時通過提供存儲設備控制電力來穩定電網。
這樣可以使車輛在儘量減少二氧化碳排放的情況下運行,並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的電力生產效率。
總結
交換電池系統可確保貨物在長距離行駛時幾乎不會浪費時間,大幅度降低了運營成本,並且能夠彌補可再生能源電網的不足。
由於高效地解決了續航問題,行駛無排放,而且噪音低,這種面向未來的電動卡車通過配套的換電站系統幾乎可以隨時在城市之間中提供運輸服務。
通過智能控制物流公司的車隊配置,以及換電站之間的網絡通訊可以確保在幾分鐘之內完成電動卡車的動力補充。在即將到來的,也許能夠看到一種高效環保的電動卡車行業的誕生。
來源：