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電動汽車進(jìn)化的下一步:如何實現(xiàn)車隊電氣化

eeDesigner ? 來源:物聯(lián)網(wǎng)評論 ? 作者:物聯(lián)網(wǎng)評論 ? 2022-06-13 12:03 ? 次閱讀
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中型和重型車輛 (MHDV) 的電氣化正在興起。與個人擁有的輕型車輛 (LDV) 的電氣化相比,不斷增長的公共汽車、送貨卡車、物流卡車和其他 MHDV 車隊將為技術(shù)進(jìn)步帶來新的機(jī)遇。這些進(jìn)步將使所有類型電動汽車的制造商和用戶受益,從 LDV 到越野農(nóng)業(yè)和采礦車輛。

與較小的 LDV 相比,MHDV 需要更大的充電器,并且可以支持不同的充電基礎(chǔ)設(shè)施。這些新車隊將需要復(fù)雜的充電技術(shù)組合,包括傳統(tǒng)的插入式充電器、固定位置的無線充電器和一些高速公路內(nèi)置的無線充電,以便在車輛行駛時持續(xù)充電。

車隊運(yùn)營商已經(jīng)精通遠(yuǎn)程信息處理,以提高現(xiàn)有內(nèi)燃動力車輛車隊的運(yùn)營效率。軟件和實時控制對于管理 MHDV 車隊的能源消耗和充電需求將變得更加重要。

本文考慮了公共汽車、送貨和垃圾卡車以及物流卡車的各種 MHDV 用例。然后,我們將研究 MHDV 車隊的出現(xiàn)將如何導(dǎo)致新充電技術(shù)的發(fā)展,并討論軟件的重要性,包括提供數(shù)據(jù)所需的傳感器,以及高級分析以及人工智能機(jī)器學(xué)習(xí)的使用優(yōu)化運(yùn)行 MHDV 車隊運(yùn)行。

MHDV 用例

MHDV 在幾個重要方面與當(dāng)今的 LDV 不同(圖 1)。重型車輛預(yù)計可行駛 100 萬公里或更長,約為輕型車的三倍。MHDV 比 LDV 消耗更多的電量:MHDV 消耗的電量從 300Wh/km 到 2000Wh/km,而 LDV 的能源使用量通常低于 250Wh/km。MHDV 的每公里耗電量更大,加上日常行駛距離更長,需要更大的電池組。在某些情況下,可以通過使用機(jī)會收費(fèi)來緩解這種情況,我們將對此進(jìn)行回顧。LDV 通常有一個低于 100kWh 的電池組,而當(dāng)前的 MHDV 電池組可以是 660kWh。未來的 MHDV 設(shè)計預(yù)計電池組容量為 1MWh。

用于商業(yè) MHDV 的分類標(biāo)準(zhǔn)。 (MED = 中;COE = 發(fā)動機(jī)駕駛室)

圖 1:用于商業(yè) MHDV 的分類標(biāo)準(zhǔn)。(MED = 中;COE = Cab Over Engine)(來源:WTWH Media, LLC)

MHDV 本身、駕駛員補(bǔ)償和燃料是運(yùn)行傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī) (ICE) 時最大的運(yùn)營成本。預(yù)計采用電動 MHDV 將顯著降低燃料成本。然而,為了證明 MHDV 的經(jīng)濟(jì)使用是合理的,較低的燃料支出需要足夠大,以抵消電池的高成本。電池成本是電動 MHDV 中的一個重要成本,而在 ICE 驅(qū)動的 MHDV 中沒有相應(yīng)的元素。例如,假設(shè) MHDV 電池組在使用遠(yuǎn)少于 100 萬英里時需要更換。在這種情況下,它將顯著增加電動 MHDV 的成本,并對大規(guī)模部署的潛力產(chǎn)生負(fù)面影響。

此外,各種 MHDV 的不同駕駛模式預(yù)計會影響相應(yīng)充電基礎(chǔ)設(shè)施的架構(gòu):

  • 公共汽車有專門的路線行駛,可以在車站利用機(jī)會充電,并且可以從使用嵌入式高速公路收費(fèi)中受益
  • 送貨卡車、垃圾收集車和類似服務(wù)需要堆場收費(fèi),因為路線每天都不同
  • 根據(jù)路線和行駛距離,物流卡車可以使用車廠充電、沿高速公路戰(zhàn)略性放置的充電站或嵌入式高速公路充電,用于在固定的點(diǎn)對點(diǎn)路線上行駛,例如從機(jī)場或港口到倉庫來回區(qū)。

MHDV 的充電選項

越來越多的 MHDV 充電系統(tǒng)與標(biāo)準(zhǔn) J1772-CCS Type 1 插入式充電連接和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) SAE J3105 受電弓系統(tǒng)兼容。雖然插入式充電器幾乎普遍存在于車站充電場景中,但受電弓充電可以在車站充電和機(jī)會充電中找到,主要用于??科陂g的公共汽車。

公共汽車機(jī)會充電的典型使用模式是使用受電弓系統(tǒng),在停車期間充電時間為 3 到 6 分鐘(圖 2)。該系統(tǒng)還包括充電系統(tǒng)和電池的遠(yuǎn)程診斷以及車隊管理軟件。受電弓系統(tǒng)的工作電壓范圍為 150V 至 850V,額定功率通常為 150kW 至 600kW,使系統(tǒng)能夠支持各種總線尺寸和充電需求。

MHDV 的無線機(jī)會充電是一項新興技術(shù),預(yù)計將在未來幾年顯著增長。例如,雖然受電弓系統(tǒng)用于為市政巴士車隊提供機(jī)會充電,但巴士的無線機(jī)會充電仍主要處于開發(fā)和現(xiàn)場試驗階段(圖 3)。


公共汽車和其他 MHDV 的機(jī)會充電可以提供的好處超出了使用更小、成本更低的電池組支持給定行駛里程的能力。放電深度對電池的循環(huán)壽命有顯著影響。放電深度越大,循環(huán)壽命越短。例如,將電池組放電至接近零電荷,而不是 50% 的水平,可以將循環(huán)壽命縮短一半。通過支持較低深度的放電率,機(jī)會充電還支持更長的電池循環(huán)壽命。

MHDV 充電將需要更高的功率水平,而更高輸入電壓的充電器將支持這些更高的功率水平。預(yù)計 MHDV 的電池總線電壓也會增加。如今,為傳動系統(tǒng)供電的 800V 至 900V 主電源總線很常見。正在研究開發(fā)設(shè)備和電路以支持 1200V 電池電壓和動力傳動系統(tǒng)動力總線。對于最大的應(yīng)用(大約 1MW),正在考慮更高的電壓。對于給定的功率水平,電壓越高,電流越低。較低的電流意味著可以使用更小、更輕的電源總線。

對于大功率 MHDV 充電器,480V 電源是常見的。未來,MHDV 充電器有望在 1200V 電源電壓下運(yùn)行。未來的充電器還有望包括數(shù)字控制,使單個充電器能夠與各種車輛一起使用。這些充電器將支持多種輸入電壓,并基于中央控制識別每輛汽車的充電需求,中央控制了解每輛汽車的預(yù)期用途以及每個電池組的充電狀態(tài)和狀況,并相應(yīng)地修改充電電壓和充電速率。例如,與短期內(nèi)需要的車輛相比,計劃稍后使用的車輛可以更慢地充電。

軟件和傳感器

MHDV 的電氣化將產(chǎn)生軟件定義的車輛和軟件定義的車隊。在這兩種情況下,都需要大量數(shù)據(jù)。今天的車輛有 60 到 100 個車載傳感器,數(shù)據(jù)幾乎完全在車輛本身上進(jìn)行分析。隨著車輛變得越來越智能并通過結(jié)合使用云計算和車載計算來優(yōu)化車輛性能,包括 MHDV 在內(nèi)的下一代電動汽車預(yù)計將包括兩倍數(shù)量的傳感器。

一旦車輛制造完成,MHDV 中的各種機(jī)械和儲能系統(tǒng)就相對固定。軟件不同;它可以定期更新,支持對各種控制系統(tǒng)的持續(xù)學(xué)習(xí)和改進(jìn),以提高 MHDV 的效率。軟件還使 MHDV 能夠響應(yīng)不斷變化的操作條件。軟件被稱為新的空氣動力學(xué),可以控制從動力傳動系統(tǒng)到電池和能源系統(tǒng)的一切。管理當(dāng)今電動汽車中電池和電機(jī)之間能量流的動力傳動系統(tǒng)軟件包含超過 100 萬行代碼。預(yù)計下一代 MHDV 會變得更加復(fù)雜。

人工智能和 MHDV 艦隊

MHDV 與傳統(tǒng)電動汽車的一個顯著區(qū)別在于,大多數(shù) MHDV 將由車隊運(yùn)營商而非個人車主使用。對車隊的集中控制將使用高級分析和人工智能提供更多的運(yùn)營優(yōu)化激勵。

隨著智能電網(wǎng)的不斷進(jìn)步,電動 MHDV 車隊的廣泛采用有望帶來更大的環(huán)境效益。例如,MHDV 將擴(kuò)大電網(wǎng)并充當(dāng)分布式能源存儲節(jié)點(diǎn)。預(yù)計車隊運(yùn)營商和公用事業(yè)公司將開發(fā)能源管理能力和相應(yīng)的商業(yè)模式,以幫助支持間歇性可再生能源的最佳能源使用。如果要實現(xiàn)這些好處,需要解決幾個挑戰(zhàn)。需要以這樣的方式組織車隊甚至多個 MHDV 車隊,以避免可能導(dǎo)致高電價和當(dāng)?shù)嘏潆娋W(wǎng)過載的電網(wǎng)高峰。

大數(shù)據(jù)和人工智能的應(yīng)用將是這種擴(kuò)展優(yōu)化的重要方面。正在開發(fā)機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)來分析 MHDV 車隊的能源使用模式,然后應(yīng)用人工智能算法來優(yōu)化充電參數(shù)和調(diào)度。機(jī)器學(xué)習(xí)和人工智能將應(yīng)用于 MHDV 本身,以進(jìn)行快速和高級別的性能調(diào)整。數(shù)據(jù)還將上傳到云端,以進(jìn)行更深入的分析和微調(diào)。因此,無需進(jìn)行昂貴且耗時的充電基礎(chǔ)設(shè)施升級,就可以提供更多能源。

最后,EEMBC 計劃擴(kuò)展 ADASMark 基準(zhǔn)套件,以包括機(jī)器學(xué)習(xí)功能。ADASMark 是一種性能測量和優(yōu)化工具,適用于構(gòu)建下一代高級駕駛輔助系統(tǒng) (ADAS) 的汽車公司,可以在下一代 MHDV 中找到應(yīng)用。ADASMark 旨在分析自動駕駛中使用的片上系統(tǒng) (SoC) 性能,利用代表高度并行應(yīng)用的真實工作負(fù)載,例如環(huán)繞視圖拼接、分割和卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) (CNN) 交通標(biāo)志分類。ADASMark 基準(zhǔn)測試強(qiáng)調(diào)各種形式的計算資源,例如 CPU、GPU 和硬件加速器,允許用戶確定可用計算資源的最佳利用率。

結(jié)論

不斷增長的公共汽車、送貨卡車、物流卡車和其他 MHDV 車隊將為技術(shù)進(jìn)步提供新的機(jī)會。這些新車隊將需要復(fù)雜的充電技術(shù)組合,包括傳統(tǒng)的插入式充電器以及固定位置的無線充電器,以及在某些高速公路上內(nèi)置的無線充電功能,以便在車輛行駛時持續(xù)充電。

車隊運(yùn)營商已經(jīng)精通遠(yuǎn)程信息處理的使用,以提高現(xiàn)有內(nèi)燃機(jī)車隊的運(yùn)營效率。軟件和實時控制對于管理 MHDV 車隊的能源消耗和充電需求將變得更加重要。MHDV 上的傳感器數(shù)量將繼續(xù)增長,并推動對高級分析的需求,包括云計算、人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí),以優(yōu)化 MHDV 車隊運(yùn)營并最大限度地提高經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益。

審核編輯:符乾江

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