商用車(chē)產(chǎn)業(yè)是我國(guó)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的重要組成部分，也是我國(guó)工業(yè)體系的支柱之一，從2016年開(kāi)始，國(guó)務(wù)院、國(guó)家發(fā)改委、工業(yè)和信息化等部門(mén)陸續(xù)印發(fā)了支持、規(guī)范商用車(chē)行業(yè)的發(fā)展政策。
2020年后，由于疫情的影響以及“碳中和”和“碳達(dá)峰”的目標(biāo)，傳統(tǒng)商用車(chē)的銷(xiāo)量持續(xù)走低。2022年開(kāi)始，新能源商用車(chē)銷(xiāo)量呈現(xiàn)上升態(tài)勢(shì)，并且新能源輕客、微卡和重卡銷(xiāo)量同比實(shí)現(xiàn)翻番增長(zhǎng)。
針對(duì)新能源商用車(chē)的能源補(bǔ)給方面，我國(guó)電動(dòng)車(chē)充電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)已經(jīng)取得了長(zhǎng)足進(jìn)展，截止2021年12月底，公共充電樁保有量從2019年底的52萬(wàn)臺(tái)增長(zhǎng)到了115萬(wàn)臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了規(guī)模翻番。
換電方式是另一解決里程焦慮的能量補(bǔ)給手段，不過(guò)目前電動(dòng)汽車(chē)換電的網(wǎng)絡(luò)規(guī)模遠(yuǎn)小于充電樁，迄今為止應(yīng)用該模式的企業(yè)也為數(shù)不多。充電樁是大部分汽車(chē)廠商選擇的電能補(bǔ)給方式，且普及程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于換電站，但是在能源補(bǔ)給速度方面遠(yuǎn)遠(yuǎn)不及換電站。
近年來(lái)，國(guó)家先后出臺(tái)了一系列的政策支持換電站的發(fā)展，如下表1所示：截止目前，商用車(chē)換電站已經(jīng)取得了長(zhǎng)足的發(fā)展，換電時(shí)長(zhǎng)大大縮短，目前可以達(dá)到3-6分鐘實(shí)現(xiàn)一次換電。在國(guó)家政策的支持下，換電行業(yè)，特別是換電安全要求正逐漸走向標(biāo)準(zhǔn)化。換電企業(yè)在逐步增加，商業(yè)模式逐漸成熟。隨著換電站技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)換電站模式已經(jīng)被逐漸取代，換電站逐漸進(jìn)入無(wú)人值守的智能化時(shí)代。瀚川智能董事會(huì)秘書(shū)章敏曾向《科創(chuàng)板日?qǐng)?bào)》記者表示，“公司未來(lái)將在汽車(chē)板塊、電池設(shè)備板塊以及充換電業(yè)務(wù)板塊持續(xù)進(jìn)行研發(fā)投入。同時(shí)，換電站的無(wú)人值守是公司重要研發(fā)方向之一?！?/span>瀚川智能董事長(zhǎng)蔡昌蔚表示，“現(xiàn)在自動(dòng)化、智能化的技術(shù)水平已經(jīng)很高了，無(wú)人值守是必然趨勢(shì)。”同時(shí)還提出，相較于有人值守，無(wú)人值守?zé)o非是增加一些自動(dòng)化、智能化功能，這部分增加的成本不多，但無(wú)人值守一年省下幾十萬(wàn)元人工費(fèi)是很可觀的。協(xié)鑫能科在2021年提出的換電站的發(fā)展規(guī)劃中包括：提供換電站及換電站核心部件的研發(fā)、設(shè)計(jì)等一體化解決方案，通過(guò)開(kāi)展廣泛的合作推動(dòng)“換電站共享化”及換電站無(wú)人值守。2023年協(xié)鑫能科的換電產(chǎn)品協(xié)鑫電港推出“線上值守”智能云平臺(tái)（如下圖1所示），采用物聯(lián)網(wǎng)傳感設(shè)備收集數(shù)據(jù)，對(duì)站端運(yùn)行統(tǒng)籌、實(shí)時(shí)監(jiān)控，加上故障派工系統(tǒng)、遠(yuǎn)程IP對(duì)講、24小時(shí)客服電話(huà)渠道，以四重保障機(jī)制確保對(duì)站端故障作出快速響應(yīng)。圖1 協(xié)鑫能科“線上值守”智能云平臺(tái)界面2023年6月8日，在2023第九屆中國(guó)國(guó)際電動(dòng)汽車(chē)充換電產(chǎn)業(yè)大會(huì)上，博眾精工科技股份有限公司（下稱(chēng)“博眾精工”）充換電事業(yè)部總經(jīng)理吳小平在接受包括經(jīng)濟(jì)觀察網(wǎng)在內(nèi)的媒體采訪時(shí)表示：“未來(lái)隨著技術(shù)的發(fā)展，在換電站自我恢復(fù)功能、預(yù)維護(hù)功能實(shí)現(xiàn)后，可能3~5年就可以實(shí)現(xiàn)全部無(wú)人值守。同年6月7日至9日，博眾精工在“第二屆上海國(guó)際充電樁及換電站展覽會(huì)”上，攜商用車(chē)、乘用車(chē)系列充換電站以及充電樁、智能站控系統(tǒng)、云平臺(tái)系統(tǒng)、商用車(chē)電池箱參展，上述智能站控系統(tǒng)以及云平臺(tái)系統(tǒng)為實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守提供了技術(shù)支持。實(shí)現(xiàn)換電站無(wú)人值守需要多項(xiàng)技術(shù)的協(xié)同支持，通過(guò)圖2展示換電流程對(duì)各項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹：進(jìn)站識(shí)別階段，涉及到的關(guān)鍵技術(shù)包括：車(chē)牌識(shí)別、人臉識(shí)別或者電池類(lèi)型識(shí)別。博眾精工在自主研發(fā)的站控及云平臺(tái)系統(tǒng)上搭載車(chē)牌智能識(shí)別，全程無(wú)需下車(chē)，友好便捷。
停車(chē)引導(dǎo)階段，主要是能夠?qū)?chē)輛進(jìn)行導(dǎo)航使得車(chē)輛能夠準(zhǔn)確的停在換電位置。停車(chē)引導(dǎo)涉及到的關(guān)鍵技術(shù)包括：車(chē)輛定位以及車(chē)輛位置校正。目前這兩項(xiàng)技術(shù)專(zhuān)利布局的數(shù)量較少，申請(qǐng)人也比較分散。例如上海融青新能源科技有限公司公開(kāi)的專(zhuān)利CN115497319A，涉及一種換電車(chē)輛的引導(dǎo)換電方法，當(dāng)換電車(chē)輛進(jìn)入換電通道后，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)換電車(chē)輛在換電通道內(nèi)的位置信息，根據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的位置信息和預(yù)置的換電區(qū)域位置信息，實(shí)時(shí)計(jì)算換電車(chē)輛的方位調(diào)整信息，以便引導(dǎo)用戶(hù)將車(chē)輛精確?？恐翐Q電區(qū)域位置。又例如，博眾精工公開(kāi)的專(zhuān)利CN115626086A，涉及一種車(chē)輛定位裝置，包括：第一定位組件和第二定位組件；第一定位組件用于承載車(chē)輛的前輪或后輪，能夠獨(dú)立于第二定位組件沿第一方向滑動(dòng)；第二定位組件用于推動(dòng)車(chē)輛的前輪或后輪沿與第一方向垂直的第二方向滑動(dòng)；由此，能夠有效增加車(chē)輪輪距方向換電通道的尺寸，并且能夠引導(dǎo)電動(dòng)汽車(chē)自動(dòng)泊車(chē)系統(tǒng)自動(dòng)泊車(chē)。
電池運(yùn)轉(zhuǎn)階段，在車(chē)輛停穩(wěn)后，可以通過(guò)換電機(jī)器人（或者搬運(yùn)設(shè)備）將車(chē)輛上的虧電電池轉(zhuǎn)運(yùn)到電池倉(cāng)進(jìn)行存儲(chǔ)，并將電池倉(cāng)中的滿(mǎn)電電池轉(zhuǎn)運(yùn)到相應(yīng)位置，以便將電池裝載到車(chē)輛上。博眾精工商用車(chē)換電機(jī)器人裝備設(shè)置有視覺(jué)檢測(cè)裝置，并搭載R軸旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，柔性快速完成電池包自動(dòng)吊取，從而實(shí)現(xiàn)換電時(shí)電池的自動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)。為了實(shí)現(xiàn)電池的自動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)，主要涉及到的技術(shù)包括：搬運(yùn)設(shè)備自動(dòng)化控制技術(shù)以及自動(dòng)化倉(cāng)位配置技術(shù)。其中，搬運(yùn)設(shè)備自動(dòng)化控制技術(shù)用于實(shí)現(xiàn)電池的拆裝和搬運(yùn)，具體的，包括：電池包定位和電池倉(cāng)定位。對(duì)于電池包定位技術(shù)，目前已經(jīng)布局的專(zhuān)利主要涉及激光定位手段和圖像識(shí)別手段，其中在圖像識(shí)別方向上布局的專(zhuān)利數(shù)量多于激光定位方向。例如，上海融青新能源公開(kāi)的專(zhuān)利CN115416622A，涉及激光定位技術(shù)，當(dāng)換電車(chē)輛達(dá)到換電區(qū)域時(shí)，設(shè)置在換電機(jī)器人上的三個(gè)激光測(cè)距傳感器分別檢測(cè)其與換電車(chē)輛上虧電電池包的間距，換電站根據(jù)每個(gè)激光測(cè)距傳感器的間距信息，判斷換電機(jī)器人是否與虧電電池包完全對(duì)齊；當(dāng)判斷換電機(jī)器人未與虧電電池包完全對(duì)齊時(shí)，換電站調(diào)整換電機(jī)器人的位置。又例如，奧動(dòng)新能源公開(kāi)的專(zhuān)利CN114872581A，涉及圖像處理方法，具體的，圖像采集模塊采集電池包，解鎖過(guò)程中快換支架上鎖基座的第一實(shí)際位置；定位判斷模塊，根據(jù)第一實(shí)際圖像和第一標(biāo)準(zhǔn)圖像（預(yù)先存儲(chǔ)的換電設(shè)備位于換電位置時(shí)采集的包括鎖基座的圖像）判斷換電設(shè)備是否位于換電位置。對(duì)于電池倉(cāng)定位技術(shù)，主要是通過(guò)在換電設(shè)備上安裝定位元件，并通過(guò)定位元件實(shí)現(xiàn)對(duì)電池倉(cāng)的定位。例如CN113932713A公開(kāi)了一種電池倉(cāng)的定位方法，具體的，利用電池轉(zhuǎn)運(yùn)設(shè)備上的定位元件和電池倉(cāng)上的參照對(duì)象，先通過(guò)電池轉(zhuǎn)運(yùn)設(shè)備以第一速度快速行駛以使定位元件作用于參照對(duì)象，實(shí)現(xiàn)對(duì)電池倉(cāng)進(jìn)行粗定位，然后再通過(guò)電池轉(zhuǎn)運(yùn)設(shè)備以第二速度反向移動(dòng)以使定位元件逐漸靠近參照對(duì)象，直至定位元件與參照對(duì)象之間沿電動(dòng)汽車(chē)的行駛方向的距離位于誤差允許的范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電池倉(cāng)的精定位。針對(duì)自動(dòng)化倉(cāng)位配置技術(shù)，主要包括自動(dòng)選取待取用的滿(mǎn)電電池的倉(cāng)位以及虧電電池需要存放的倉(cāng)位。為了實(shí)現(xiàn)上述功能，目前已布局的專(zhuān)利技術(shù)包括：空倉(cāng)位自動(dòng)配置、滿(mǎn)電電池倉(cāng)位自動(dòng)配置、設(shè)置緩存?zhèn)}位等。針對(duì)滿(mǎn)電電池倉(cāng)位以及空倉(cāng)位自動(dòng)配置技術(shù)，從目前專(zhuān)利布局來(lái)看，主要考慮基于電池狀況、倉(cāng)位的使用情況及倉(cāng)位壽命確定滿(mǎn)電電池倉(cāng)位或空倉(cāng)位。例如許繼電氣股份有限公司的專(zhuān)利CN106183864B公開(kāi)了基于電池狀態(tài)、倉(cāng)位狀態(tài)和電池類(lèi)型選擇滿(mǎn)電電池倉(cāng)位。又例如博眾精工的專(zhuān)利CN111806292B公開(kāi)了根據(jù)當(dāng)前電池包的狀態(tài)信息和各倉(cāng)位的狀態(tài)信息，確定當(dāng)前電池包的放置倉(cāng)位。此外，設(shè)置緩存?zhèn)}的目的主要包括兩個(gè)方面：第一方面提升電池轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程中的安全性；第二方面，提升換電效率。例如，博眾精工公開(kāi)了專(zhuān)利CN111301357A，設(shè)置的緩存?zhèn)}包括暫存虧電電池的第一緩存位和暫存滿(mǎn)電電池的第二緩存位，堆垛機(jī)從電池倉(cāng)獲取滿(mǎn)電電池并存至第二緩存位，或從第一緩存位獲取虧電電池并存至電池倉(cāng)，提升了換電效率。又如CN110386010B通過(guò)電池周轉(zhuǎn)方法指引充電倉(cāng)能夠在換電過(guò)程中及時(shí)地將問(wèn)題電池送出充電倉(cāng)，同時(shí)還能滿(mǎn)足在換電過(guò)程中對(duì)電池的頻繁定位需求，提高了充電倉(cāng)中對(duì)電池的對(duì)位精度，大大減小了NG狀況發(fā)生。
換電完成、準(zhǔn)備出站階段，主要是檢測(cè)車(chē)輛是否符合出站標(biāo)準(zhǔn)，以及進(jìn)行費(fèi)用的結(jié)算。其涉及的技術(shù)包括車(chē)輛檢測(cè)和費(fèi)用自動(dòng)結(jié)算。對(duì)于費(fèi)用自動(dòng)結(jié)算技術(shù)，目前主要從提升費(fèi)用計(jì)算的合理性以及提高結(jié)算效率方向進(jìn)行專(zhuān)利布局。吉利汽車(chē)公開(kāi)的專(zhuān)利CN114897522A通過(guò)預(yù)付費(fèi)的方式提高結(jié)算效率。上海玖行公開(kāi)的專(zhuān)利CN112102566A根據(jù)所述換電量、所述行駛回饋電量和所述應(yīng)急補(bǔ)電量進(jìn)行計(jì)費(fèi)，提升了計(jì)費(fèi)的合理性。
換電站安全監(jiān)控貫穿換電的整個(gè)流程，主要涉及換電站設(shè)備故障監(jiān)控和應(yīng)急處理，以及換電站設(shè)備、場(chǎng)地的安全監(jiān)控。蔚來(lái)在安全監(jiān)控方面采用先進(jìn)的3D視覺(jué)識(shí)別技術(shù)自動(dòng)識(shí)別生命體誤入換電工作區(qū)域，確保換電過(guò)程安全；其公開(kāi)的專(zhuān)利CN114373157A，通過(guò)對(duì)換電站中目標(biāo)對(duì)象進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和對(duì)進(jìn)入臨界場(chǎng)景中的目標(biāo)對(duì)象的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行預(yù)測(cè)，能夠較可靠地保證目標(biāo)對(duì)象在換電過(guò)程的安全。
除了上述介紹的核心技術(shù)外，為了提升無(wú)人值守?fù)Q電的換電效率、降低運(yùn)營(yíng)成本、提升用戶(hù)的使用體驗(yàn)，還涉及以下配套技術(shù)。例如，為了進(jìn)一步降低運(yùn)營(yíng)成本，可以進(jìn)行換電站能量?jī)?chǔ)備分析。例如專(zhuān)利CN111137168B將換電時(shí)段劃分為非谷電期和谷電期，在不同的時(shí)期，按照換電需求量和已滿(mǎn)電電池的數(shù)量，對(duì)電池進(jìn)行充電。盡可能利用谷時(shí)段進(jìn)行充電，降低用電成本。為了進(jìn)一步提升用戶(hù)體驗(yàn)，減少用戶(hù)排隊(duì)等待的時(shí)間，還提出了預(yù)約換電技術(shù)，例如專(zhuān)利CN113459870A根據(jù)換電車(chē)輛的服務(wù)請(qǐng)求，確定目標(biāo)換電站，進(jìn)一步的查找并鎖定對(duì)應(yīng)的目標(biāo)電池包，確保用戶(hù)預(yù)約換電成功并到站后有可換電池包，以及車(chē)輛在退網(wǎng)時(shí)能夠歸還原車(chē)電池包。
通過(guò)上述的分析可知，換電站的無(wú)人值守，可以將操作流程自動(dòng)化，由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)全自動(dòng)控制整個(gè)換電流程，從而提高工作效率。并且無(wú)人值守?zé)o需工作人員到現(xiàn)場(chǎng)操作，減少了人力成本，節(jié)省了大量的人事開(kāi)支。通過(guò)無(wú)人值守的安全監(jiān)控，可以對(duì)各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和分析，及時(shí)發(fā)現(xiàn)隱患，并自動(dòng)采取措施進(jìn)行處理，從而保證換電站的安全性和穩(wěn)定性。總之，換電站的無(wú)人值守具有多種優(yōu)勢(shì)，不僅減少了人工投入，降低運(yùn)營(yíng)成本，提高生產(chǎn)效率，還能夠提高換電的安全性以及設(shè)備運(yùn)行的可靠性。由此實(shí)現(xiàn)換電站的無(wú)人值守，是換電站運(yùn)營(yíng)方向追求的終極目標(biāo)。
作者：品源知識(shí)產(chǎn)權(quán)管理咨詢(xún)有限公司 詹新玲
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