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李立国:重卡换电互换标准进程和趋势

作者:
佚名
2023/03/30
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2023年3月28日-29日,首届中国商用车论坛在湖北十堰举办。本届论坛由中国汽车工业协会、湖北省经信厅、东风公司和十堰市人民政府共同主办,以“应变 求变 谋变——共创商用车发展新局面”为主题,共设“1场闭门峰会+1个大会论坛+4个主题论坛”,旨在联合能源、交通、信息等各方力量,共同探讨商用车产业发展趋势,推动商用车高质量发展。其中,在3月29日下午举办的“商用车新能源转型”主题论坛上,中国电动重卡换电产业促进联盟秘书长李立国发表精彩演讲。以下内容为现场发言实录:

各位领导大家下午好,我是重卡换电联盟的秘书长李立国,非常荣幸介绍换电标准的工作。下面我从产业背景,技术现状,互换性标准三个方面进行汇报。

 

刚才有嘉宾已经做了全面介绍,目前换电重卡销量已经达到1.2万辆,已经得到市场的广泛认可,我们认为换电是重卡电动化的必由之路。换电重卡的换电站,目前已经建成运行300座以上,遍布各个省,验证了在各种气候环境和场景情况下的普遍适应性和经济性,并且已经出现多条200公里到400公里不等的中短途干线换电网络,重卡换电正从短途、封闭的运行场景走向中长途干线场景,并且创造了更好的经济性,使得建立全国统一的互换性标准体系的重要性和紧迫性日益凸显。我们与行业专家和车企交流,大家普遍乐观估计,在互通互换体系达成的前提下,2025年换电重卡有望达到10到15万的销量。

 

下面我汇报一下换电的技术现状,以及互换性标准的技术可行性。

首先看换电设备,目前主要侧抓侧换、龙门顶吊和顶抓侧换三种动作方式,对电池来讲有顶抓和侧抓两种抓取方式,分别作用于电池框架的顶面和侧面,由于抓取装置结构非常简单,成本低,所以我们可以通过将不同的抓取接口布置在同一个电池框架上,实现电池对不同的换电设备的兼容。

这是车载换电系统,电池框架的整体基本上都是规则的长方形,而且尺寸偏差基本上在5%~10%左右,当然高度的变化比较大,是因为电池电量不同,层数不一样,所以从投影截面来讲还是具有较好的条件。但是底座差异性比较大,不能互换,这是各个企业技术创新和技术壁垒所在,所以在互换性标准化方面,不仅有技术障碍,也有非常大的产业协同合作的互信的障碍。

 

这个是锁机构,是换电接口最核心的技术点,也是技术原理差异最大的点,后面我会解释我们的解决思路。八个锁方案,上面一排叫插销式,或者摆勾式,他们都是要作用于一个被锁的斜面上;左下两个都是下压式,他们是垂直向下压在锁块上;右下的两个,一个是转锁,一个是钢珠,这两个能够兼容的可能性就比较小。

 

这是电池系统与车辆连接的换电连接器,也是换电非常关键的一个部件,目前市场最广泛采用的是乘用车换电连接器的四个连接器并联方案,下一代换电连接器都普遍采用了电压电流和浮动范围更大的单连接器方案,因为高集成化是符合汽车行业的发展趋势。下面我汇报换电联盟在汽标重卡换电互换性标准中的方案和产业服务的工作。

 

我们都知道互通互换能源基础设施是必然选择,也是我们车企的共同愿望和期待,早在2020年,工信部和能源局就关注到互通互换对重卡换电产业发展的重要性,由欧阳明高院士,中电联,中汽研,中汽院,宁德时代等标准主管部门和行业龙头企业共同发起了重卡换电产业促进联盟,致力于推动互换型标准体系建设和产业合作。这是我们联盟近期关注的互换性标准体系建设工作,主要是推动车端互换接口的标准制定。经过两年努力,我们积极参与了中汽研商用车车载换电系统互换性标准的制定,并牵头了其中换电机构部分,在换电接口方面做了大量的工作。该标准有5个部分,完整规定了电池包的外形,重量,电压,电气接口,机械接口,冷却接口和逻辑接口,它的技术描述非常清晰,技术特征具有唯一性,大家使用的时候不会产生很大的迷惑性,具有很强的技术创新的开放性,所以我们认为已经具备很强的技术可行性。

 

这是换电电气接口,主要特征简述:具有800安的容量和1500V的最高电压,我们跟车厂的技术人员进行沟通,大家认为具备满足未来十年重卡动力系统电气平台升级的潜力,而且目前四家牵头连接器企业已经签署了互换性质保协议,可以保证车企对供应链的安全性要求。汽标在电池热管理系统上做了优化,我认为这一点也是对我们汽车行业的汽车发展方向有一定的引领作用,设置了电池包与整车端的一个冷却液交换接口,可以将电池水冷机转移到车端,这样增加我们换电框架上的电池装载量,增加了续航里程,我们现在换一次电基本上150公里左右,把它下移之后,可能会增加到200公里。同时,也可以将电机余热进行回收,用于电池加热,提高车辆的冬季续航里程,这一点对我们电动重卡在北方的应用也是非常重要的,一直受到客户的关注。

 

左侧是我们收集的行业内的换电底座的方案,我们对它们进行分析,我们先做了一个叠加,因为标准是找共性,求同存异的工作,我们叠加完以后发现粗定位和锁机构都在两个红框的位置,所以它比较集中,我们对它进行了一部分的抽象,用蓝色小格子代表了粗导向和锁机构占用的空间。规划出来四个位置,只要大家把粗导向和锁机构设计在这个边界里面都算满足标准,在互换时不会发生干涉。然后在连接器、精导向以及水冷接口方面,必须具有唯一性,确实不具备有多种方案去兼容的可能性,所以我们把精导向,电气接口和水冷接口明确了具体位置以及朝向等详细技术参数,它具有唯一性。

 

这样的话我们通过抽象底座空间占用模型,约束了底座设计的边界,通过电池框架的避让模型约束了电池框架的接口,就可以实现一个不互相干涉的互换标准化接口,同时最大限度的释放了底座锁机构的创新空间。

 

对于刚才讲到的最难的锁机构问题,就是要在底座约束空间之内进行设计,另外一点必须明确锁机构的作用点。在电池框架上,我们要有一个约束,就是锁机构必须要把作用力压在三面锁块上面。把行业有的插销锁、内摆勾、外摆勾和下压式四种锁紧方式,作用点合在一个三面锁块上,不同的厂家锁机构可以自由选择锁紧面,以及可以自由创新锁机构类型,这样可以保持各个厂家原有技术路线的延续性。这一点也是标准讨论中争议最多的:我是横插,我是勾的,大家说到底用谁的方案。如果从中选一个,其他家不得不被迫进行调整,这样会给技术路线和产品的适应性开发带来很大的损失,所以我们通过这种方式解决关于锁机构的争议。

 

在加速标准推广方面,通过按照汽标制定地标的方式,加速换电在试点城市的应用。同时我们也加强行业间的协同,积极参与中电联组织的换电国标修订,保持车端与基础设施的兼容。当然行业里面已经有很多不同技术路线的换电车辆存量在运行,我们推动互通互换网络建设过程中,要充分考虑和尊重现有的各个厂家做的积极的行业探索,这个是我们应该尽量去保护的,所以我们就需要考虑标准平稳过渡的方案,如何最大限度降低标准迭代过程对行业的负面影响。我们提出一个共享换电站的概念方案,这个只是概念方案,可能有细节不合理。一个换电站里面设置多种充电座,统一电池包的抓取接口和抓具,实现一个网点服务多种车辆,我们可以根据该网点服务车辆的不同类型和流量配置不同的备用电池。随着老版本车越来越少,新版本车辆越来越多,老的底座慢慢撤掉。更换底座充电接口很简单,一两万块钱就可以解决了,这样大家不会觉得这是一个很大的损失。

 

产业合作方面,去年示范了顶吊和侧换兼容共享电池包和车辆,也促成了行业龙头互换性产品的开发推广合作。预计今年能够推出两个品牌、甚至三个品牌的车载换电系统和换电设备厂家能够实现交叉互换的兼容车载换电产品,包括传统的四连接器和满足汽标的单连器接口的产品。在换电连接器和水冷接口方面,我们也推动达成了一个互通互换互保的协议合作,刚才介绍了连接器,现在在水冷接口方面也在做相应工作。并且正在建立一个互换运营质量监测平台,通过接口唯一追溯码,协助运营商进行质量追溯,互换使用条件下让质量问题可管可控可追溯,最后充分保证各个合作方互换合作过程中不会因为某一方或者一个劣质产品影响破坏整个互换的合作前景。

 

我们对未来也进行了积极的展望,预计在2022年和2023年能够完成车端和站端标准体系编制;在2023年-2024年,能够实现或者努力促成满足跨品牌互换性的换电站和车载系统的产品开发、市场验证以及商业合作;在2024-2025年建立互通互换清分结算的规则和系统平台,打通跨运营商、跨电池平台的互通互联运营的商业模式。2025年有望打通全国一张网的重卡换电干线网络。至此,我们认为为中国换电重卡铺平了高速发展的道路。

 

最后我们联盟会建立一个重卡换电系统实验室和咨询团队,为行业企业提供互换性方面的免费咨询和低成本的测试服务,通过这样的方式,加速技术交流、促进产业合作,希望能够与行业各方共同推动互通互换换电网络的快速建设。
谢谢各位。

(注:本文根据现场速记整理,未经演讲嘉宾审阅)
 

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