负重前行的电动矿卡如何实现自动换电?未来换电行业展望

文摘   2025-01-12 23:59   浙江  
近两年,换电作为一种快速补能方式备受矿卡行业关注,特别是无人驾驶电动矿卡项目,更是把自动换电作为标配,以实现无人驾驶+无人换电交互作业,在矿区运输领域打造智能网联电动矿卡“双无人”应用场景。
2024年矿区换电赛道的热度悄然升温,成为行业巨头们共同聚焦的市场和发力的方向。然而,由于建站成本高昂、需求密度不高、回报周期长等客观因素,这项业务发展至今也仅局限于几个试点,尚未形成一个面。
无论是乘用车领域,还是重卡和矿卡细分市场,换电都属典型的重资产投入的行业,上下游参与者众多、体系庞大复杂、运营难度远高于充电站。要想运作成功一个大项目,当然要凭实力说话。
然而,面对全国各地打造“零碳”矿山和矿车电动化“大潮”,显而易见这是不可逆转之大势,背后形成巨大的补能市场和潜在需求。
针对电动矿卡补能市场而言,换电模式究竟具有哪些优势?引得各路资本巨头竞相入局,砸下重金进矿部署充换电设施。
简单总结有以下6点:
1、车电可分离,降低整车购置成本。
2、补能速度快,工况不受限,效率不打折。
3、节约配电和土地,比充电站占地面积小。
4、电池可租赁可集采,建站成本大幅降低。
5、换电矿卡无排放零碳运行,契合绿色矿山理念,践行“双碳”目标。
6、不用担心电池寿命和质量,即便有故障,换电后不影响车辆出勤。
现以某品牌换电站技术参数举例说明,如建设一个中等规模的侧方换电站,钢结构车间占地面积约300㎡,备用电池数量大于10组,最大起重吨位为10吨,电池包最大容量为800kwh,一次换电用时不超5分钟。
广大车友好奇之余不禁要问:换电期间机械手是如何工作的?是人工操控还是自动运行?如何保证毫厘不差地控制电池抓取和安放?无人化换电作业难度大不大?
下面就来解读一下换电站核心系统。
当电动矿卡驶入换电站定位平台,自动识别换电车辆信息,与车辆和电池进行信息交互,引导车辆进行初步定位。
定位完毕后,换电机器人开始运行,解锁车载底座,对电池进行精确定位,自动抓取待换电池,然后装载一块充满的电池包,换电车载系统对电池包进行锁定和插口连接,为车辆通上高压电。
换电的车载系统一般是由一个车载的换电底座跟车加固定在一起,有一个可更换的换电式电池包总成,可在矿车和换电站之间进行流转。
在纯电矿卡驾驶室后面的车架上,安装了对接换电电池包的底座,金属底座上安装两个充电连接器和放电连接器,在电池包上也有相对应的插接器。
换电控制器是一款集成了开入检测、开出控制、温度检测、车载 CAN 网络通讯,4G 网络通讯、WIFI 无线通讯等功能的换电控制设备与远程通信设备。

作为一种控制设备TBOX 换电控制器控制电磁阀继电器,操作换电架上的插销;实时采集换电插销上的温度状态;实时检测换电插销的状态,并在插销状态变化时,将当前状态上报给车辆 BMS。

作为一种远程通讯设备,TBOX 换电控制器通过 WIFI 与换电站进行数据交换,接收换电站下发的控制指令;与车辆 BMS、服务端平台通讯,将车辆数据上传给平台的功能部件。

锁止系统是电池框架与车载底托可靠连接的重要部件,当在车辆行驶时,锁止系统将电池箱牢固的固定到车载底托上。当车辆换电时,锁止系统解锁后电池箱可从车载底托上取出。锁止系统由气缸、锁舌、电磁阀、磁性开关、气管等部件组成。

该套设备自动运行关键在于引入自动引导、识别、拆装等AI技术。

连接器是电池箱换电的关键部件,根据需要实现电池箱与整车之间电路的通断,完成能量传输及数据交互。由于换电过程中会频繁的插拔,对充电连接器和放电连接器的可靠性和耐久性要求相当的高,插拔次数也是极高要求和规定的。

侧换方案采用换电机器人刚性的抓取机构,控制精度要求比较高,且具有一定的容差率,比较适用于为笨重的百吨级矿卡进行换电。

换电机器人需要视觉、激光雷达精密的定位装置,这使得场景适应性很好,在矿区应用市场推广起来比较容易。

通过后装安全AI监控终端与安全监控摄像头,集控中心引导日常换电, 配合区域共享运维中心,实现换电站无人化运维。

当系统出现问题时,集控中心远程控制协助换电 ,让换电暂停与恢复,完成电池调仓。在安全监管方面,AI算法提升换电站安全监控性能,如人员违规操作、换电站消防安全 、换电站防盗 、车辆长时违停驱离、设备故障预警等现象,尽在后台24小时无死角全程监控之中.

下一代革命性解决方案 

面向车电分离模式的车储一体长寿命电池系统,研发出电池+结构+电气+热管理+换电系统 = 五合一电池系统。

下一代MTB换电电池系统(后背式)300kWh版本高度降低32% ,电池包仅重2.2吨,能量密度136wh/kg。应用该项技术可实现空间紧凑、重量轻、成本低、效率高、寿命长、车储共用、收益高。

宁德时代首创的MTB技术就是指将电池模组直接集成至车辆支架/底盘,MTB也是通过提升空间利用率来提升动力电池的能量密度。

MTB技术较传统电池包+车架/底盘的成组方式,体积利用率提升了40%,重量减轻10%。同时,电池系统寿命较同类产品能够提升2倍以上,循环寿命约10000次/10年。

MTB技术如能成功应用到换电矿卡领域,很显然能解决换电矿卡电池布置空间有限、复杂恶劣的应用场景,给电池系统带来挑战的难点和痛点。

换电矿卡毕竟属于生产工具,用户购买车辆是为了最大限度地投入运营来赚钱,这就必须要提高车辆在各种复杂恶劣应用场景中的运营效率、安全性能及降低运营成本。在今后较长一段时间内,换电依然是电动矿卡补能效率之王。

临近2024年末,新能源汽车市场传来重磅消息:全球动力电池巨头宁德时代正式宣布进军换电市场,携手行业伙伴共建换电生态圈。这一新布局,无疑为即将步入2025年的换电行业注入了新的活力,同时也让换电市场的竞争格局发生了新的变化,宁王在矿卡换电市场势必要占据一席之地。


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