电动汽车集装箱式换电站应用

裴金良

随着电动汽车的快速发展，电动汽车的充电方式越来越受到用户关注。以直接更换电池的方式来代替传统的充电模式，能够延长电动汽车的续航里程，并大大节省用户等待电池充电的时间。北京新能源汽车股份有限公司（以下简称“北汽新能源”）作为我国首家生产可换电池车型的新能源汽车生产商，自2016年开始向北京、广州、兰州、厦门等地出租车市场大规模推广可换电池车型EU260和EU300，共计投放6 000多辆可换电池出租车。随着私车市场对可换电池车型的呼声越来越高以及换电池技术的日益成熟，北汽新能源决定向私车市场销售可换电池车型。可换电池车型研发和推广力度的加大对换电站建设提出更高要求：首先，换电站设置必须达到一定密度，以更好地满足用户的换电池需求；其次，换电站必须能够实现快速、安全换电，以凸显换电相较于充电的优势。本文介绍上海晟极特种货柜有限公司与上海电巴新能源科技有限公司针对北汽新能源EU220车型合作建立集装箱式换电站的方案。

1 集装箱式换电站模式对电动汽车的要求

1.1 底盘结构

北汽新能源可换电池EU300车型底盘及不可换电池EU400车型底盘分别见图1和图2。可换電池车型的电池一般安装在汽车底部，并采用快速锁紧机构固定，以便换电站自动快速取换电池。EU300车型的电池安装在底盘中间，外面由框架予以固定和保护（见图3）；而EU400车型不考虑频繁装卸电池，因此未设底盘外框。

1.2 电池规格和充电接口

为了实现不同型号的电动汽车能在同一个集装箱式换电站内换电池，电池规格和充电接口必须统一。集装箱式换电站自动换电池步骤如下：首先，平移小车抓取电池；然后，码垛机将电池放入指定的充电空位，并将充满电的电池取出，安装在电动汽车上。若电池规格和充电接口不统一，则无法实施换电池流程。

2 电动汽车集装箱式换电站的换电池流程

为了达到北汽新能源EU220车型快速换电池的目标，将1个8 000 mm？ 000 mm？ 160 mm换电池集装箱与1个7 000 mm？ 500 mm？ 160 mm电池储存及充电集装箱组合形成集装箱式换电站（见图4），其中，电池储存及充电集装箱可以根据实际情况加长，以满足更多电池充电的需要。在集装箱式换电站模式下，仅需即可完成换电池操作，并可满足37块电池储存、充电和检测的要求；在换电站内部的恒温环境下，对电池以0.45C充电倍率慢充电量，并且对每块电池的充电功率曲线实施实时监控，从而有效保障电池状态，延长电池使用寿命。电动汽车集装箱式换电站的换电池流程如图5所示。

2.1 电动平移小车取电池

电动汽车驶入集装箱式换电站，通过地板上的导轨和轮胎槽自动校准车辆位置（见图6）；停车断电并确认数据后，进入全自动换电池操作流程。取电池具体流程如下：电动平移小车（见图7）自动解锁电池壳体上的16个锁紧机构，取出无电电池，然后移动到待定位置（码垛机等待工位），等待码垛机取走无电电池。

2.2 码垛机更换电池

2.2.1 码垛机将无电电池放入充电空位

等待工位上的码垛机收到电动平移小车到达指定工位的信号后，从电动平移小车上取下无电电池。电池架充电工位如图8所示，假设B13为充电空位，D24为满电电池工位，满电电池工位有多个。码垛机先移动2 720 mm至B13水平位置（见图4），再抬升1 400 mm至B13高度位置（见图9）；B13在码垛机左侧，码垛机平台向左移动，将无电电池放入B13充电空位。码垛机工作场景如图10所示。

2.2.2 码垛机取出满电电池

码垛机先移动 =至D24水平位置（见图4），再抬升 =至D24高度位置（见图9）；D24在码垛机右侧，码垛机平台向右移动，将满电电池从D24充电工位取出。

2.2.3 码垛机驶入待定位置

码垛机先下降 900 mm至初始高度（见图9），再水平移动6 510 mm（见图4）；码垛机驶入待定位置，将满电电池放至电动平移小车上。

2.3 电动平移小车安装电池

电动平移小车移动至换电池平台位置，将满电电池装入电动汽车相应位置，拧紧锁紧机构，完成整个换电池流程。

3 电动汽车集装箱式换电站应用效果

集装箱式换电站为新能源汽车生产商快速布局换电站提供了可能。集装箱式换电站在工厂组装调试后直接运往安置位置即可投入使用，具有使用便捷、成本低廉等优点；不过，换电站理念的接受度有待提高，换电站商业模式的经济效益仍有待进一步验证。此外，在实际应用过程中，集装箱式换电站要求不同品牌和型号电动汽车的电池规格、充电接口、检测接口统一；因此，相关工件的统一标准化还有很长的路要走。展望未来，随着用户对电动汽车换电池续航模式的广泛认可，将有更多的新能源汽车生产商加入集装箱式换电站经营模式，换电站的经济效益将更加凸显，换电站服务也将逐步优化和大众化。

（编辑：曹莉琼 收稿日期：2018-08-16）