Tausta

Sähköajoneuvon tehonvaihdolla tarkoitetaan tehoakun vaihtamista virran nopeaan lisäykseen, hitaan latausnopeuden ja latausasemien rajoitusten ratkaisemiseen. Kuljettaja hallitsee tehoakkua yhtenäisesti, mikä auttaa järkevästi järjestämään lataustehoa, pidentää akun käyttöikää ja helpottaa akun kierrätystä. Teollisuus- ja tietotekniikkaministeriö julkisti vuoden 2022 autostandardointityön avainkohdat maaliskuussa 2022, jossa mainittiin myös vaatimus nopeuttaa lataus- ja korvausjärjestelmien ja standardien rakentamista.

Tehon korvaavan kehityksen status quo

Tällä hetkellä tehonvaihtotilaa on käytetty ja edistetty laajalti, ja myös tekniikka on edistynyt suuresti. Akkuvoimalaan on sovellettu uusia teknologioita, kuten automaattinen tehonvaihto ja älykäs palvelu. Monet maat ja alueet ympäri maailmaa ovat ottaneet käyttöön tehoparistojen vaihtoteknologian, josta Kiina, Japani, Yhdysvallat ja muut maat ovat eniten käytettyjä. Yhä useammat akkuvalmistajat ja autonvalmistajat alkoivat liittyä alaan, ja jotkut yritykset ovat alkaneet pilotoida ja edistää käytännön sovellutuksia.

Jo vuonna 2014 Tesla lanseerasi oman akun vaihtoaseman, joka tarjoaa käyttäjille nopeat akunvaihtopalvelut pitkän tiematkan saavuttamiseksi valtatiellä. Toistaiseksi Tesla on perustanut yli 20 voimanvaihtoasemaa Kaliforniaan ja muihin paikkoihin. Jotkut hollantilaiset yritykset ovat ottaneet käyttöön hybridiratkaisuja, jotka perustuvat nopeaan lataus- ja akun vaihtoteknologiaan ensimmäistä kertaa. Samaan aikaan Singapore, Yhdysvallat, Ruotsi, Jordania ja muut maat ja alueet ovat kehittäneet suhteellisen kehittyneitä ja suuria sähköajoneuvojen voimanvaihtoasemia.

Useat Kiinassa paljon huomiota herättäneet uusien energiaajoneuvojen alalla toimivat yritykset ovat alkaneet kiinnittää huomiota ja tutkia sähköajoneuvojen tehonkorvausmallin kaupallista soveltamista. Tunnetun kotimaisen uusien energia-ajoneuvojen valmistajan NIO:n käyttämä tehonvaihtotila on erikoistila, jonka avulla omistaja voi vaihtaa akun täyteen ladattuun akkuun enintään 3 minuutissa.

Joukkoliikenteen alalla tehonvaihtomuoto on yleisempi. Esimerkiksi Ningde Times teki yhteistyötä Shenzhenin Nanshanin piirikunnan kanssa toimittaakseen 500 sähköbussin akkua ja rakensi 30 voimanvaihtoasemaa. Jingdong on rakentanut yli 100 voimanvaihtoasemaa Pekingissä, Shanghaissa, Guangzhoussa, Shenzhenissä ja muissa kaupungeissa, jotka tarjoavat nopeita ja käteviä akunvaihtopalveluita logistiikkaajoneuvoihin.

Tehonvaihtojärjestelmän soveltaminen

Tässä vaiheessa markkinoiden tärkeimmät tehonvaihtomenetelmät ovat alustan tehonvaihto, etuohjaamo/takavoiman vaihto ja sivuseinän tehonvaihto.

• Chassis tehonvaihto viittaa tapaan poistaa alkuperäinen akku alustan alaosasta ja vaihtaa uusi akkupaketti, jota käytetään pääasiassa autojen, maastoautojen, MPV- ja kevyiden logistiikkaajoneuvojen aloilla ja jota käyttävät pääasiassa BAIC, NIO, Tesla ja niin edelleen. Tämä suunnitelma on helppo toteuttaa, koska akun vaihtoaika on lyhyt ja automaatioaste korkea, mutta siihen on rakennettava uusi kiinteä voimanvaihtoasema ja lisättävä uusia tehonvaihtolaitteita.
• Etuhytin/takavirran vaihto tarkoittaa, että akku on sijoitettu auton etuhyttiin/takatilaan avaamalla etuhytti/tavaratila uuden akun poistamiseksi ja vaihtamiseksi. Tätä järjestelmää käytetään pääasiassa autojen alalla, tällä hetkellä pääasiassa Lifanissa, SKIO:ssa ja niin edelleen. Tämä järjestelmä ei vaadi uusia tehonvaihtolaitteita, ja se toteuttaa tehonvaihdon mekaanisten varsien manuaalisella käytöllä. Kustannukset ovat alhaiset, mutta se vaatii kahden ihmisen työskentelyä yhdessä, mikä vie kauan ja on tehotonta.
• Sivuseinän tehonvaihto tarkoittaa, että akkupaketti poistetaan sivulta ja korvataan uudella akulla, jota käytetään pääasiassa henkilö- ja kuorma-autoissa ja jota käytetään pääasiassa linja-autoissa. Tässä järjestelmässä akun asettelu on järkevin, mutta sivuseinä on avattava, mikä vaikuttaa ajoneuvon ulkonäköön.

Olemassa olevat ongelmat

• Laaja valikoima akkupakkauksia: Markkinoilla olevissa sähköajoneuvoissa käytettävät akkupaketit ovat litiumioniakkuja, litiumrautafosfaattiakkuja, natriumioniakkuja jne. Sähköajoneuvojen tehonvaihtotekniikan on oltava yhteensopiva erilaisten akkujen kanssa pakkauksissa.
• Vaikea tehonsovitus: jokaisen sähköajoneuvon akkupaketti on erilainen, ja sähköajoneuvon tehonvaihtoaseman on saavutettava tehonsovitus. Eli jokaiselle asemalle saapuvalle sähköajoneuvolle akkupaketti, joka vastaa sen tarvitsemaa tehoa. Lisäksi voimalaitoksen tulee olla yhteensopiva erityyppisten ja -merkkisten sähköajoneuvojen kanssa, mikä asettaa haasteita myös tekniikan toteuttamiselle ja kustannusten hallitukselle.
• Turvallisuuskysymykset: Akkupaketti on yksi sähköajoneuvojen ydinkomponenteista, ja sähköajoneuvojen voimanvaihtoaseman on toimittava akun turvallisuuden takaamiseksi.
• Korkeat laitekustannukset: sähköajoneuvojen vaihtoasemilla on ostettava suuri määrä akkuja ja vaihtolaitteita, kustannukset ovat suhteellisen korkeat.

Tehonvaihtotekniikan etujen hyödyntämiseksi on välttämätöntä saavuttaa eri merkkien ja eri mallien akkuparametrien yhtenäistäminen, parannettava vaihdettavuutta ja saavutettava tehoakun, viestinnän ohjauksen ja laitteiden yhteensopivuuden yleismitat. Siksi tehonkorvausstandardien muotoilu ja yhtenäistäminen on yksi tärkeimmistä tulevaisuuden tehonkorvausteknologian kehitykseen vaikuttavista tekijöistä.