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无人值守,未来商用车换电新模式

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商用车产业是我国汽车产业的重要组成部分,也是我国工业体系的支柱之一,从2016年开始,国务院、国家发改委、工业和信息化等部门陆续印发了支持、规范商用车行业的发展政策。

2020年后,由于疫情的影响以及“碳中和”和“碳达峰”的目标,传统商用车的销量持续走低。2022年开始,新能源商用车销量呈现上升态势,并且新能源轻客、微卡和重卡销量同比实现翻番增长。

针对新能源商用车的能源补给方面,我国电动车充电基础设施建设已经取得了长足进展,截止2021年12月底,公共充电桩保有量从2019年底的52万台增长到了115万台,实现了规模翻番。

换电方式是另一解决里程焦虑的能量补给手段,不过目前电动汽车换电的网络规模远小于充电桩,迄今为止应用该模式的企业也为数不多。充电桩是大部分汽车厂商选择的电能补给方式,且普及程度远远大于换电站,但是在能源补给速度方面远远不及换电站。


近年来,国家先后出台了一系列的政策支持换电站的发展,如下表1所示:
表1 换电站政策

截止目前,商用车换电站已经取得了长足的发展,换电时长大大缩短,目前可以达到3-6分钟实现一次换电。在国家政策的支持下,换电行业,特别是换电安全要求正逐渐走向标准化。换电企业在逐步增加,商业模式逐渐成熟。
随着换电站技术的发展,传统换电站模式已经被逐渐取代,换电站逐渐进入无人值守的智能化时代。
瀚川智能董事会秘书章敏曾向《科创板日报》记者表示,“公司未来将在汽车板块、电池设备板块以及充换电业务板块持续进行研发投入。同时,换电站的无人值守是公司重要研发方向之一。”
瀚川智能董事长蔡昌蔚表示,“现在自动化、智能化的技术水平已经很高了,无人值守是必然趋势。”同时还提出,相较于有人值守,无人值守无非是增加一些自动化、智能化功能,这部分增加的成本不多,但无人值守一年省下几十万元人工费是很可观的。
协鑫能科在2021年提出的换电站的发展规划中包括:提供换电站及换电站核心部件的研发、设计等一体化解决方案,通过开展广泛的合作推动“换电站共享化”及换电站无人值守。
2023年协鑫能科的换电产品协鑫电港推出“线上值守”智能云平台(如下图1所示),采用物联网传感设备收集数据,对站端运行统筹、实时监控,加上故障派工系统、远程IP对讲、24小时客服电话渠道,以四重保障机制确保对站端故障作出快速响应。
图1 协鑫能科“线上值守”智能云平台界面
2023年6月8日,在2023第九届中国国际电动汽车充换电产业大会上,博众精工科技股份有限公司(下称“博众精工”)充换电事业部总经理吴小平在接受包括经济观察网在内的媒体采访时表示:“未来随着技术的发展,在换电站自我恢复功能、预维护功能实现后,可能3~5年就可以实现全部无人值守。
同年6月7日至9日,博众精工在“第二届上海国际充电桩及换电站展览会”上,携商用车、乘用车系列充换电站以及充电桩、智能站控系统、云平台系统、商用车电池箱参展,上述智能站控系统以及云平台系统为实现无人值守提供了技术支持。
实现换电站无人值守需要多项技术的协同支持,通过图2展示换电流程对各项技术进行简要介绍:
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图2 换电流程图
进站识别阶段,涉及到的关键技术包括:车牌识别、人脸识别或者电池类型识别。博众精工在自主研发的站控及云平台系统上搭载车牌智能识别,全程无需下车,友好便捷。




停车引导阶段,主要是能够对车辆进行导航使得车辆能够准确的停在换电位置。停车引导涉及到的关键技术包括:车辆定位以及车辆位置校正。目前这两项技术专利布局的数量较少,申请人也比较分散。
例如上海融青新能源科技有限公司公开的专利CN115497319A,涉及一种换电车辆的引导换电方法,当换电车辆进入换电通道后,实时监测换电车辆在换电通道内的位置信息,根据实时监测的位置信息和预置的换电区域位置信息,实时计算换电车辆的方位调整信息,以便引导用户将车辆精确停靠至换电区域位置。
又例如,博众精工公开的专利CN115626086A,涉及一种车辆定位装置,包括:第一定位组件和第二定位组件;第一定位组件用于承载车辆的前轮或后轮,能够独立于第二定位组件沿第一方向滑动;第二定位组件用于推动车辆的前轮或后轮沿与第一方向垂直的第二方向滑动;由此,能够有效增加车轮轮距方向换电通道的尺寸,并且能够引导电动汽车自动泊车系统自动泊车。




电池运转阶段,在车辆停稳后,可以通过换电机器人(或者搬运设备)将车辆上的亏电电池转运到电池仓进行存储,并将电池仓中的满电电池转运到相应位置,以便将电池装载到车辆上。博众精工商用车换电机器人装备设置有视觉检测装置,并搭载R轴旋转机构,柔性快速完成电池包自动吊取,从而实现换电时电池的自动运转。
为了实现电池的自动运转,主要涉及到的技术包括:搬运设备自动化控制技术以及自动化仓位配置技术。其中,搬运设备自动化控制技术用于实现电池的拆装和搬运,具体的,包括:电池包定位和电池仓定位
对于电池包定位技术,目前已经布局的专利主要涉及激光定位手段和图像识别手段,其中在图像识别方向上布局的专利数量多于激光定位方向。
例如,上海融青新能源公开的专利CN115416622A,涉及激光定位技术,当换电车辆达到换电区域时,设置在换电机器人上的三个激光测距传感器分别检测其与换电车辆上亏电电池包的间距,换电站根据每个激光测距传感器的间距信息,判断换电机器人是否与亏电电池包完全对齐;当判断换电机器人未与亏电电池包完全对齐时,换电站调整换电机器人的位置。
又例如,奥动新能源公开的专利CN114872581A,涉及图像处理方法,具体的,图像采集模块采集电池包,解锁过程中快换支架上锁基座的第一实际位置;定位判断模块,根据第一实际图像和第一标准图像(预先存储的换电设备位于换电位置时采集的包括锁基座的图像)判断换电设备是否位于换电位置。
对于电池仓定位技术,主要是通过在换电设备上安装定位元件,并通过定位元件实现对电池仓的定位。
例如CN113932713A公开了一种电池仓的定位方法,具体的,利用电池转运设备上的定位元件和电池仓上的参照对象,先通过电池转运设备以第一速度快速行驶以使定位元件作用于参照对象,实现对电池仓进行粗定位,然后再通过电池转运设备以第二速度反向移动以使定位元件逐渐靠近参照对象,直至定位元件与参照对象之间沿电动汽车的行驶方向的距离位于误差允许的范围内,实现对电池仓的精定位。
针对自动化仓位配置技术,主要包括自动选取待取用的满电电池的仓位以及亏电电池需要存放的仓位。为了实现上述功能,目前已布局的专利技术包括:空仓位自动配置、满电电池仓位自动配置、设置缓存仓位等。
针对满电电池仓位以及空仓位自动配置技术,从目前专利布局来看,主要考虑基于电池状况、仓位的使用情况及仓位寿命确定满电电池仓位或空仓位。
例如许继电气股份有限公司的专利CN106183864B公开了基于电池状态、仓位状态和电池类型选择满电电池仓位。
又例如博众精工的专利CN111806292B公开了根据当前电池包的状态信息和各仓位的状态信息,确定当前电池包的放置仓位。
此外,设置缓存仓的目的主要包括两个方面:第一方面提升电池转运过程中的安全性;第二方面,提升换电效率。
例如,博众精工公开了专利CN111301357A,设置的缓存仓包括暂存亏电电池的第一缓存位和暂存满电电池的第二缓存位,堆垛机从电池仓获取满电电池并存至第二缓存位,或从第一缓存位获取亏电电池并存至电池仓,提升了换电效率。
又如CN110386010B通过电池周转方法指引充电仓能够在换电过程中及时地将问题电池送出充电仓,同时还能满足在换电过程中对电池的频繁定位需求,提高了充电仓中对电池的对位精度,大大减小了NG状况发生。




换电完成、准备出站阶段,主要是检测车辆是否符合出站标准,以及进行费用的结算。其涉及的技术包括车辆检测和费用自动结算。对于费用自动结算技术,目前主要从提升费用计算的合理性以及提高结算效率方向进行专利布局。吉利汽车公开的专利CN114897522A通过预付费的方式提高结算效率。上海玖行公开的专利CN112102566A根据所述换电量、所述行驶回馈电量和所述应急补电量进行计费,提升了计费的合理性。




换电站安全监控贯穿换电的整个流程,主要涉及换电站设备故障监控和应急处理,以及换电站设备、场地的安全监控。蔚来在安全监控方面采用先进的3D视觉识别技术自动识别生命体误入换电工作区域,确保换电过程安全;其公开的专利CN114373157A,通过对换电站中目标对象进行实时监控和对进入临界场景中的目标对象的运动进行预测,能够较可靠地保证目标对象在换电过程的安全。




除了上述介绍的核心技术外,为了提升无人值守换电的换电效率、降低运营成本、提升用户的使用体验,还涉及以下配套技术
例如,为了进一步降低运营成本,可以进行换电站能量储备分析。例如专利CN111137168B将换电时段划分为非谷电期和谷电期,在不同的时期,按照换电需求量和已满电电池的数量,对电池进行充电。尽可能利用谷时段进行充电,降低用电成本。
为了进一步提升用户体验,减少用户排队等待的时间,还提出了预约换电技术,例如专利CN113459870A根据换电车辆的服务请求,确定目标换电站,进一步的查找并锁定对应的目标电池包,确保用户预约换电成功并到站后有可换电池包,以及车辆在退网时能够归还原车电池包。




通过上述的分析可知,换电站的无人值守,可以将操作流程自动化,由计算机系统全自动控制整个换电流程,从而提高工作效率。并且无人值守无需工作人员到现场操作,减少了人力成本,节省了大量的人事开支。
通过无人值守的安全监控,可以对各项数据进行实时监控和分析,及时发现隐患,并自动采取措施进行处理,从而保证换电站的安全性和稳定性。
总之,换电站的无人值守具有多种优势,不仅减少了人工投入,降低运营成本,提高生产效率,还能够提高换电的安全性以及设备运行的可靠性。由此实现换电站的无人值守,是换电站运营方向追求的终极目标。



作者:品源知识产权管理咨询有限公司 詹新玲


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