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电动汽车电池更换的设计和安全考虑
2018-09-25 20:55:17· 来源：洞云书屋
第一批电动汽车出现在1880年初，在法国和英国。到了世纪之交，电气占据了蒸汽和碳氢化合物燃烧替代品在刚刚起步的汽车市场，由于其安静和干净的操作，以及优越的
第一批电动汽车出现在1880年初，在法国和英国。到了世纪之交，“电气”占据了蒸汽和碳氢化合物燃烧替代品在刚刚起步的汽车市场，由于其安静和干净的操作，以及优越的性能。
值得注意的是，这些早期的电动汽车与目前的技术相差甚远。铅酸蓄电池是由法国的Gaston Plante发明的，它在1881为第一辆电动汽车提供动力，但它仍然是最常用的牵引电池。Thomas Edison是电动汽车的积极推动者，他一直保持着一个更好的“即将来临”电池。电动汽车的电池相关的限制，特别是不足的范围和长的充电时间，导致电动汽车在1910后的下降，今天仍然有问题。第一个实际的解决方案涉及车辆电池交换的各种方法。
电池交换涉及车辆电池与充电电池的物理交换，借助于一些外部机制。虽然已经展示了许多用于电池交换的半自动化手段，但我们至今还没有意识到任何完全自动化的机制。
在1920之后，电池电力推进仅在零排放势在必行的应用中流行，例如叉车和采矿车辆，或者间歇性或安静的操作是可行的，例如高尔夫车、牛奶车和一些城市公共汽车。
1970年初，美国的第一次和平时期的石油短缺是政府为电动汽车研究提供能源独立和减少污染的动机。在20世纪70年代中期，对电池交换的兴趣似乎也得到了更新。1978英国的一项研究估计，在给定的行驶距离下，电池更换的总成本将是石油的两倍。
在日本，已经建造和测试了一些电池电动公交客车，它们已经为电池更换引入了一些手段。三菱、Hino和五十铃都开发了自动换电池设备。四辆三菱ME460客车在日本Kobe沿五条公交线路行驶，累计行驶里程为1975公里至1979公里，总里程为322000公里。在京都，另一辆三菱巴士服务23公里的路线，每天更换电池数次，以覆盖服务日。日野BT 900和五十铃EV 05分别部署在名古屋和大阪的类似服务中（8）。在美国，一个实验性的“巴特隆”巴士由1970世纪中期的BoeErgor汽车车身工程建造并测试，它使用了一种侧面加载方案来方便手动更换电池组。
电动叉车的电池更换已经很好地建立起来了。通常，三个电池补充每辆车，两个电池充电，而一个在服务。半自动传输设备是可用的。
在车辆电池交换领域，发明人一直活跃，特别是在1970之后，超过40个相关的美国专利备案。在早期的专利中，Paul Hafer在1973发布了一种通过滑出式托盘装置将电池装入车辆侧面的装置，并向Friedhelm Kappei（FRG）发布了1974项专利，该专利描述了一种电池箱，在其下侧有滚轮，其接合轨道在电动车辆的侧空腔中。对电池接口标准的需求似乎首次被引用于N. J. Kruschandl的1992项英国专利中，该专利申请了一种快速释放的电池加载/卸载机构，其使用标准化的电池组与车载能量管理仪相结合的信息交换系统。
电池更换与快速充电比较
在电池技术没有重大突破的情况下，实际上只有两种方法来扩大电池电动汽车的范围：汽车电池的快速充电，或者电池交换，一个放电电池组与充电电池的完全交换。混合冰/电推进系统和燃料电池是电池电动汽车的有前途的替代品，但在本讨论中没有考虑，因为它们通常用碳氢燃料重新填充而不是从电网充电。
快速充电在机械化方面具有优势。它不限制车辆的设计需要对电池的外部访问；电池可以被最佳地放置在车辆中以最好地利用空间，而不是包含在一个或几个模块中；不需要外部机械设备；以及熟悉的“填充”概念。快速充电技术一直是研究的热点，报告有重大改进。例如，日产（日本）报告说，他们的“超级快速充电系统”能够在6分钟内将镍镉电池充电到40%容量，或者在12分钟内将铅酸电池充电到相同容量。
自动电池更换的技术特点
自动电池交换过程通常需要以下功能的机械化：
车辆相对于交换设备的定位，或者相对于车辆的定位。
放电电池的电断开。
电池与车辆插座脱离接触。
电池的物理移除。
将旧电池从替代电池的插入路径转移到存储/充电队列中。或者，车辆可以重新定位以插入电池。
脱机更换电池。
将替换电池插入车辆中。
物理参与和安全更换电池插座。
更换电池的电气连接。
更换或固定交换设备以允许车辆离开。
车辆电池交换方法已使用超过100年，用来克服电池的范围和充电时间限制。商业可行性的主要障碍是依赖于基础设施的电池交换和车辆外充电。
由于快速电池接入的设计规定，可更换电池EVS的安全性比固定电池EV大。还必须考虑与电池交换自动化设备有关的安全问题。
值得注意的是，这些早期的电动汽车与目前的技术相差甚远。铅酸蓄电池是由法国的Gaston Plante发明的，它在1881为第一辆电动汽车提供动力，但它仍然是最常用的牵引电池。Thomas Edison是电动汽车的积极推动者，他一直保持着一个更好的“即将来临”电池。电动汽车的电池相关的限制，特别是不足的范围和长的充电时间，导致电动汽车在1910后的下降，今天仍然有问题。第一个实际的解决方案涉及车辆电池交换的各种方法。
电池交换涉及车辆电池与充电电池的物理交换，借助于一些外部机制。虽然已经展示了许多用于电池交换的半自动化手段，但我们至今还没有意识到任何完全自动化的机制。
在1920之后，电池电力推进仅在零排放势在必行的应用中流行，例如叉车和采矿车辆，或者间歇性或安静的操作是可行的，例如高尔夫车、牛奶车和一些城市公共汽车。
1970年初，美国的第一次和平时期的石油短缺是政府为电动汽车研究提供能源独立和减少污染的动机。在20世纪70年代中期，对电池交换的兴趣似乎也得到了更新。1978英国的一项研究估计，在给定的行驶距离下，电池更换的总成本将是石油的两倍。
在日本，已经建造和测试了一些电池电动公交客车，它们已经为电池更换引入了一些手段。三菱、Hino和五十铃都开发了自动换电池设备。四辆三菱ME460客车在日本Kobe沿五条公交线路行驶，累计行驶里程为1975公里至1979公里，总里程为322000公里。在京都，另一辆三菱巴士服务23公里的路线，每天更换电池数次，以覆盖服务日。日野BT 900和五十铃EV 05分别部署在名古屋和大阪的类似服务中（8）。在美国，一个实验性的“巴特隆”巴士由1970世纪中期的BoeErgor汽车车身工程建造并测试，它使用了一种侧面加载方案来方便手动更换电池组。
电动叉车的电池更换已经很好地建立起来了。通常，三个电池补充每辆车，两个电池充电，而一个在服务。半自动传输设备是可用的。
在车辆电池交换领域，发明人一直活跃，特别是在1970之后，超过40个相关的美国专利备案。在早期的专利中，Paul Hafer在1973发布了一种通过滑出式托盘装置将电池装入车辆侧面的装置，并向Friedhelm Kappei（FRG）发布了1974项专利，该专利描述了一种电池箱，在其下侧有滚轮，其接合轨道在电动车辆的侧空腔中。对电池接口标准的需求似乎首次被引用于N. J. Kruschandl的1992项英国专利中，该专利申请了一种快速释放的电池加载/卸载机构，其使用标准化的电池组与车载能量管理仪相结合的信息交换系统。
电池更换与快速充电比较
在电池技术没有重大突破的情况下，实际上只有两种方法来扩大电池电动汽车的范围：汽车电池的快速充电，或者电池交换，一个放电电池组与充电电池的完全交换。混合冰/电推进系统和燃料电池是电池电动汽车的有前途的替代品，但在本讨论中没有考虑，因为它们通常用碳氢燃料重新填充而不是从电网充电。
快速充电在机械化方面具有优势。它不限制车辆的设计需要对电池的外部访问；电池可以被最佳地放置在车辆中以最好地利用空间，而不是包含在一个或几个模块中；不需要外部机械设备；以及熟悉的“填充”概念。快速充电技术一直是研究的热点，报告有重大改进。例如，日产（日本）报告说，他们的“超级快速充电系统”能够在6分钟内将镍镉电池充电到40%容量，或者在12分钟内将铅酸电池充电到相同容量。
自动电池更换的技术特点
自动电池交换过程通常需要以下功能的机械化：
车辆相对于交换设备的定位，或者相对于车辆的定位。
放电电池的电断开。
电池与车辆插座脱离接触。
电池的物理移除。
将旧电池从替代电池的插入路径转移到存储/充电队列中。或者，车辆可以重新定位以插入电池。
脱机更换电池。
将替换电池插入车辆中。
物理参与和安全更换电池插座。
更换电池的电气连接。
更换或固定交换设备以允许车辆离开。
车辆电池交换方法已使用超过100年，用来克服电池的范围和充电时间限制。商业可行性的主要障碍是依赖于基础设施的电池交换和车辆外充电。
由于快速电池接入的设计规定，可更换电池EVS的安全性比固定电池EV大。还必须考虑与电池交换自动化设备有关的安全问题。
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