裴金良

隨著電動(dòng)汽車(chē)的快速發(fā)展，電動(dòng)汽車(chē)的充電方式越來(lái)越受到用戶(hù)關(guān)注。以直接更換電池的方式來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的充電模式，能夠延長(zhǎng)電動(dòng)汽車(chē)的續(xù)航里程，并大大節(jié)省用戶(hù)等待電池充電的時(shí)間。北京新能源汽車(chē)股份有限公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“北汽新能源”）作為我國(guó)首家生產(chǎn)可換電池車(chē)型的新能源汽車(chē)生產(chǎn)商，自2016年開(kāi)始向北京、廣州、蘭州、廈門(mén)等地出租車(chē)市場(chǎng)大規(guī)模推廣可換電池車(chē)型EU260和EU300，共計(jì)投放6 000多輛可換電池出租車(chē)。隨著私車(chē)市場(chǎng)對(duì)可換電池車(chē)型的呼聲越來(lái)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(chē)市場(chǎng)銷(xiāo)售可換電池車(chē)型?？蓳Q電池車(chē)型研發(fā)和推廣力度的加大對(duì)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(mǎn)足用戶(hù)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(shì)。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(duì)北汽新能源EU220車(chē)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(duì)電動(dòng)汽車(chē)的要求

1.1 底盤(pán)結(jié)構(gòu)

北汽新能源可換電池EU300車(chē)型底盤(pán)及不可換電池EU400車(chē)型底盤(pán)分別見(jiàn)圖1和圖2。可換電池車(chē)型的電池一般安裝在汽車(chē)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(chē)型的電池安裝在底盤(pán)中間，外面由框架予以固定和保護(hù)（見(jiàn)圖3）；而EU400車(chē)型不考慮頻繁裝卸電池，因此未設(shè)底盤(pán)外框。

1.2 電池規(guī)格和充電接口

為了實(shí)現(xiàn)不同型號(hào)的電動(dòng)汽車(chē)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(chē)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(mǎn)電的電池取出，安裝在電動(dòng)汽車(chē)上。若電池規(guī)格和充電接口不統(tǒng)一，則無(wú)法實(shí)施換電池流程。

2 電動(dòng)汽車(chē)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(chē)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(chǔ)存及充電集裝箱組合形成集裝箱式換電站（見(jiàn)圖4），其中，電池儲(chǔ)存及充電集裝箱可以根據(jù)實(shí)際情況加長(zhǎng)，以滿(mǎn)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(mǎn)足37塊電池儲(chǔ)存、充電和檢測(cè)的要求；在換電站內(nèi)部的恒溫環(huán)境下，對(duì)電池以0.45C充電倍率慢充電量，并且對(duì)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(zhǎng)電池使用壽命。電動(dòng)汽車(chē)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(chē)取電池

電動(dòng)汽車(chē)駛?cè)爰b箱式換電站，通過(guò)地板上的導(dǎo)軌和輪胎槽自動(dòng)校準(zhǔn)車(chē)輛位置（見(jiàn)圖6）；停車(chē)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(chē)（見(jiàn)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(wú)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(wú)電電池。

2.2 碼垛機(jī)更換電池

2.2.1 碼垛機(jī)將無(wú)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(chē)到達(dá)指定工位的信號(hào)后，從電動(dòng)平移小車(chē)上取下無(wú)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(mǎn)電電池工位，滿(mǎn)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(jiàn)圖4），再抬升1 400 mm至B13高度位置（見(jiàn)圖9）；B13在碼垛機(jī)左側(cè)，碼垛機(jī)平臺(tái)向左移動(dòng)，將無(wú)電電池放入B13充電空位。碼垛機(jī)工作場(chǎng)景如圖10所示。

2.2.2 碼垛機(jī)取出滿(mǎn)電電池

碼垛機(jī)先移動(dòng) =至D24水平位置（見(jiàn)圖4），再抬升 =至D24高度位置（見(jiàn)圖9）；D24在碼垛機(jī)右側(cè)，碼垛機(jī)平臺(tái)向右移動(dòng)，將滿(mǎn)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(jiàn)圖9），再水平移動(dòng)6 510 mm（見(jiàn)圖4）；碼垛機(jī)駛?cè)氪ㄎ恢茫瑢M(mǎn)電電池放至電動(dòng)平移小車(chē)上。

2.3 電動(dòng)平移小車(chē)安裝電池

電動(dòng)平移小車(chē)移動(dòng)至換電池平臺(tái)位置，將滿(mǎn)電電池裝入電動(dòng)汽車(chē)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(chē)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(chē)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(guò)，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(guò)程中，集裝箱式換電站要求不同品牌和型號(hào)電動(dòng)汽車(chē)的電池規(guī)格、充電接口、檢測(cè)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(zhǎng)的路要走。展望未來(lái)，隨著用戶(hù)對(duì)電動(dòng)汽車(chē)換電池續(xù)航模式的廣泛認(rèn)可，將有更多的新能源汽車(chē)生產(chǎn)商加入集裝箱式換電站經(jīng)營(yíng)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）