高效卡车电池更换系统 能量补充不是梦

如何能够使中等运输距离的重型载重卡车实现电气化,一个正在实践中的研究项目RouteCharge—路线电池更换系统为此提供了一个解决方案。通过将智能交换电池系统应用于载重量40t以内的电动卡车,使货物运输更加面向未来。

受限于目前电池材料的能量密度,电动汽车的续航问题一直是阻碍其扩大市场的一大短板。有一种解决方案是,在公路沿线建立电池充电站,车辆行驶进入换电站后,直接替换电动车辆的牵引电池,而并不需要在充电桩长时间停留为车辆充电。

到目前为止,由于电动汽车品牌多样,缺乏标准化,尤其是由于电动汽车有限的空间布置,以及牵引电池复杂的安装情况,对于电动汽车而言,更换电池的可行性极低。

然而电动卡车不同,坚固的车架具有支撑结构,货物的侧面下方仍具有大量的可用安装空间。

载重卡车的行驶路线相对固定,能够在固定的路线上利用换电站更换电池。最重要的是,电动卡车可以设计外置的电池,使其不仅能够便于拆卸更换,更能够保证电池的散热性能。这使得电动卡车在换电站更换电池的概念更具吸引力且易于实施。

电动卡车试验运行

德国联邦经济部资助了一项为期四年,持续到2020年4月的研究项目。该研究项目由德国物流公司Meyer&Meyer主持,与弗劳恩霍夫研究所以及柏林工业大学合作。该运输公司每天从德国北部的佩恩(Peine)沿着250公里的公路向柏林运输纺织品。

项目为此设计了电气化卡车并建立了三个电池更换站。该项目的目标是电动载重货车实现单次300公里的行驶距离。

通过收集所有车辆和电池内部数据,对受控智能充电管理进行分析,为电动卡车换电站系统优化奠定了基础。同时,通过标准化电池接口,使卡车制造商以及服务商共同推出由车辆,可更换电池和电池充电站组成的系统。

这个项目投入运行一辆18吨的重型卡车MANTGS,车身配备卡车更换式集装箱。卡车的柴油发动机,变速箱以及油箱已拆除并在卡车侧向安装了可拆卸电池。两个两吨重的电池盒总容量达到318 kWh,大约是大众e-Golf中牵引电池容量的九倍。

然而对于带有集装箱运输行驶的载重电动卡车,此容量并不足以完成整个行程。因此,在佩恩和柏林之间的中间设置了三个换乘站,为车辆配备充满电,随时可供更换的电池。

在该项目的试验中,电动卡车将会通过运输途中更换电池完成在7.25小时之内完成从佩恩到柏林往返共500公里的行驶目标。

实现快速更换电池的关键之一是电池组的自动化拆卸。目前在试验阶段该项目开发了一种利用叉车的特殊安装系统。

通过该安装系统,可以利用叉车将电池组取下并固定在充电站中进行充电,并通过旋转循环的电池充电架为电动卡车进行电池安装。整个更换电池的流程能够在短短几分钟之内完成。

大容量电池换电站—双重效率的提升

沿着货运的路线,该项目以约每150公里的间隔建造用于电动卡车的电池更换站。项目中使用的备用电池系统为换电站带来了双重好处。一方面,换电站可以为电动车辆提供满电的,可供更换的电池并产生收益。

在运输开始和结束时,更换电池的自动化操作可以与集装箱的拆卸同时进行。电动卡车在换电站更换电池后,空电池可以在换电站中充电等待下一辆需要更换电池的电动卡车。

因此大幅度提升了卡车的运输效率。得益于这项技术,电动卡车理论上可以通过在运行途中更换电池实现全天候使用。对于货物长途物流行业来说,时间就是金钱。通过更换电池这一概念,电动卡车在“补充能量“方面的效率甚至有希望超过传统卡车。

另一方面,由于电力能源的特殊性质,一些通过新能源电网(例如风能,水电站,潮汐能)产生的多余电力难以有效存储起来进行利用。

另外可再生能源由于不稳定的能量来源(例如不稳定的风速),产生的电力波动会带来整体的电力损失。

RouteCharge项目能够使用大容量电池作为智能电网的缓冲,这使得电池能够从可再生能源的过剩的产能中吸收多余的电力,并在其他时间将其反馈到电网中。该项目的可持续发展目标是利用可再生能源来实现的。

能源和存储系统的智能管理可以最大程度地利用可再生能源产生的不可控的波动电力,同时通过提供存储设备控制电力来稳定电网。

这样可以使车辆在尽量减少二氧化碳排放的情况下运行,并将能源成本降至最低。这一思想在宏观上提高了可再生能源系统的电力生产效率。

总结

交换电池系统可确保货物在长距离行驶时几乎不会浪费时间,大幅度降低了运营成本,并且能够弥补可再生能源电网的不足。

由于高效地解决了续航问题,行驶无排放,而且噪音低,这种面向未来的电动卡车通过配套的换电站系统几乎可以随时在城市之间中提供运输服务。

通过智能控制物流公司的车队配置,以及换电站之间的网络通讯可以确保在几分钟之内完成电动卡车的动力补充。在即将到来的春天,也许能够看到一种高效环保的电动卡车行业的诞生。