2022年10月01日 11:47 PM
工程师们在将大型柴油发动机压在小引擎盖下的工作做得很好。新的挑战是将该范围与更重且占用更多空间的电池相匹配。
北美车队所有者喜欢他们的车辆规格。他们要求 OEM 合作伙伴选择从车架导轨厚度到车轮密封件的各种组件。我们可以选择发动机排量、扭矩和马力额定值，甚至油箱容量。
车队是否会有类似的电动汽车电池规格选择？
在这些早期，原始设备制造商正在为电池电动卡车做出大部分规格决策，但最终将为车队提供选择。
“原始设备制造商和车队仍处于 EV 学习曲线的上行阶段，”北美货运效率委员会新兴技术总监、彼得比尔特前车辆性能工程师 Rick Mihelic 说。“原始设备制造商还没有所有的答案。充实所有选择需要几年时间，但我预计车队最终将在电池方面拥有选择。”
不同的电池类型和化学成分最终将被证明比其他应用更适合某些应用。例如，锂钛氧化物 (LTO) 电池可以快速充电并且对再生充电反应良好，但它们的能量密度较低（它们更重）。另一方面，镍锰钴 (NMC) 电池更轻且具有高存储容量。它们非常适合远程应用，但它们对市场来说相对较新并且仍在开发中。
不同的化学物质需要在重量、容量、性能、快速充电能力、包装和可回收性方面进行权衡。某些电池类型需要不同的电池管理和/或热管理系统，这可能会增加卡车的成本和某些包装要求。
由于各种原因，不同类型的电池更适合某些应用。
美国电池解决方案公司首席客户官约翰·华纳在研究组会议上说：“根据你打算用电池做什么，你可能会为不同的应用选择不同的化学成分，即使在同一个车队中也是如此。”美国卡车运输协会技术与维护委员会 2022 年年会在佛罗里达州奥兰多举行。
表现很重要
目前，规格选项必然受到限制，但最终您可能会考虑在电池规格中进行权衡，例如快速充电以利用再生充电和机会充电的能力，或者重量较重的电池不是一个大问题。
电池尺寸和重量是严重问题，因此针对应用优化电池至关重要。华纳将包裹运送车与垃圾车和 8 类长途卡车进行了比较。他指出，包裹运送车辆每英里将消耗约 1.3 千瓦时。对于 150 英里的范围，它需要大约 115 kWh 的电池。一辆显然更重的垃圾车每千瓦时可以行驶约 0.6 英里。它的电池需要大约 166 kWh 才能完成一天的工作。
“随着车辆重量的增加，能源需求增加，”华纳说。“你还必须建立一些应对炎热或寒冷天气的应急措施，以及一些储备。但是，如果您可以依靠再生充电，例如在垃圾或包裹递送等高起停应用中，那么选择针对再生充电优化的电池化学成分可能会让您摆脱整体上更小、更轻的电池。”
当您开始考虑市场上的各种化学品时，每种化学品的优缺点很快就会显现出来。在短期内，选择将仅限于 OEM 满意的产品，但车队需要了解产品及其潜在优势的速度。
这张照片是电池电动 8 级卡车的预生产版本。电池组现在安装在车架导轨之间，以增加保护并节省车架上的空间。
Penske Truck Leasing 替代电力系统经理 Raul Battista 在同一研究组会议上共同发言时说：“车队需要了解与高压电池相关的参数以及它们如何适应运营。”
例如，电池的生命周期是基于时间、小时、英里还是能量吞吐量？直流快速充电是否会对您的保修产生不利影响？在决定车辆的应用及其电池需求时，应考虑这些因素和其他因素。
圆钉，方孔
包装是等式中另一个有趣的部分。商用电动汽车电池中使用的实际电池看起来很像典型的 AA 尺寸手电筒电池。成百上千的它们被连接在一起并封装成标准容量的模块。您获得的模块数量取决于您正在寻找的容量和机箱上的可用空间，以及您可以将多少能量装入模块中取决于电池形状因数。
单个电池单元如何封装到模块中会影响卡车所需的空间以及根据需要加热或冷却电池组的能力。
常见的形式包括圆柱形、棱柱形和袋形，各有优缺点。圆柱形电池被认为非常安全且制造成本最低，但它们的封装效率最低，因此与其他形式相比能量密度相对较低。
软包电池更轻，包装效率更高。由于它们的高表面积和薄外壳，它们很适合热管理——但它们很容易被刺穿。
棱柱形电池具有出色的封装效率，在安全性、热管理和能量密度方面与大多数其他电池形式相当或更好。
“真的没有万能的解决方案，”Warner 说。“从电池制造商的角度来看，这取决于你打算用电池做什么。”
Warner 强调，外壳的类型很重要。“这是什么类型的外壳？进入什么环境？我们怎样才能防撞呢？它在车辆上的位置会保护它还是暴露它？”
这些将是对轴距长度、皮重和卡车配置敏感的车队的规格关注点。考虑到车载机具的重量和框架空间要求，职业车辆可能特别具有挑战性。
将电池放在卡车上的位置可能会影响轴重以及任何安装在框架上的辅助部件。
目前的部分挑战是系统和标准的数量。电池制造商可以设计适合任何应用的系统，而不仅仅是卡车。然而，在某些时候，管理制造成本的需要将迫使某些封装配置。这些需要标准。那里不乏标准。华纳在他的脑海中列出了五个。欧洲和中国的标准与我们在北美的标准不同。
电池重量和电动汽车
电池重量是一个额外且非常成问题的考虑因素。NFI 车队服务高级副总裁 Bill Bliem 在 TMC 会议的另一场技术会议上发表讲话，分享了他自己的预生产 BEV 拖车车队的一些实际车辆和电池重量。
“50 英里的航程将需要大约 100 kW/h 的能量，现在重达 1,375 磅，”他说。“我会让你消化一下，你可以计算出更长的距离。”
他在演讲中引用的其他权重和范围包括：
- 235 英里 (480 kWh) = 6,600 磅
- 275 英里 (565 kWh) = 7,768 磅
- 350 英里 (750 kWh) = 10,300 磅
安全和电动汽车电池
由于道路上的电动汽车稀缺，电池起火虽然在今天相对罕见，但对于车主和应急响应人员来说都是一个重大问题。Battista 指出，锂离子电池可能会在损坏发生数小时甚至数天后起火。
“它们可能非常难以扑灭，而且由于商业电池系统中的大量能量，它们可能会一次又一次地爆发，”他说。“它们会排放可燃和有害气体，并且由于消防工作造成的污染径流水存在污染环境的风险。”
即使是电池组中的单个电池故障也可能导致车辆级事件。电池需要经过碰撞测试，柴油、天然气和储氢罐也是如此。但 BEV 的碰撞测试标准仍在取得进展。
“我现在正在为许多标准委员会工作，因为它们还没有被编写出来，”Warner 说。
除了知道电池经过认证之外，标准级别的电池安全不会成为车队关注的问题。但是，在应对潜在的店内或事故后火灾以及与急救人员和整个社区打交道时，车队必须加快消防程序的速度。
未来的考虑
电池的下一个巨大希望是固态电池。这是一项正在进行中的工作，每个人都希望能够成功。当前的锂离子电池包含液体电解质；固态电池使用固体电解质。这使得固态电池更轻，能量密度更大，因此每磅的续航里程更大。它们的充电速度也更快。固态电池在计算机和手机等小型设备中很常见，但事实证明很难将电池扩展到汽车所需的尺寸和容量，更不用说商用车了。
拥有更好电池的前景让电动卡车购买者感到不安。没有人愿意对可能被证明是孤立的技术进行大量投资。幸运的是，据华纳称，固态电池距离商业部署还有几年的时间。
“我认为你会看到一些汽车制造商可能会在 2025 年到 2026 年进行某种小批量生产，但当它扩展到行业的其他部分时，它更像是 2030 年，”他说。
他指出，它将分阶段进行，首先是金属阳极的混合体，也可能是凝胶或半液体电解质。
更换和回收
车队最终将面临如何处理已磨损或过期的电池，这些电池的充电能力已降低。虽然电池目前占电动汽车总成本的很大一部分，但价格正在下降，因此您将寻找的替换电池很可能会更轻、更强大且更便宜。但是您可能不会在现有电池上获得良好的以旧换新协议，因为它们可能会因以旧换新时间而过时。
专家们表示，这些电池将作为固定式储能装置有市场，并且可以缩小它们的尺寸以在更小的设备中运行。要清楚地了解您现有电池的用途还很遥远，但车队最终将不得不就其电池规格做出从摇篮到坟墓的决定。
没有像现在这样开始加快电动汽车电池速度的时候了。