רקע כללי

החלפת חשמל לרכב חשמלי מתייחסת להחלפת סוללת החשמל כדי לחדש במהירות את הכוח, לפתור את בעיית מהירות הטעינה האיטית והגבלת עמדות הטעינה.סוללת החשמל מנוהלת על ידי המפעיל בצורה אחידה, המסייעת לסדר בצורה רציונלית את כוח הטעינה, להאריך את חיי השירות של הסוללה ולהקל על מיחזור הסוללה.נקודות המפתח של עבודת תקינה לרכב בשנת 2022 פורסמו על ידי משרד התעשייה וטכנולוגיית המידע במרץ 2022, אשר הזכיר גם את הדרישה להאיץ את הבנייה של טעינה והחלפת מערכות ותקנים.

סטטוס קוו של פיתוח החלפת חשמל

נכון לעכשיו, מצב החלפת הכוח נמצא בשימוש נרחב ומקודם, וגם הטכנולוגיה התקדמה מאוד.כמה טכנולוגיות חדשות יושמו בתחנת הכוח של הסוללה, כגון החלפת חשמל אוטומטית ושירות חכם.מדינות ואזורים רבים ברחבי העולם אימצו טכנולוגיית החלפת סוללות חשמל, שסין, יפן, ארצות הברית ומדינות אחרות הן הנפוצות ביותר.יותר ויותר יצרני מצברים ויצרני רכב החלו להצטרף לתעשייה, וחלק מהחברות החלו לבצע פיילוט ולקדם ביישומים מעשיים.

כבר בשנת 2014 השיקה טסלה תחנת החלפת סוללה משלה, המספקת למשתמשים שירותי החלפת סוללות מהירים כדי להגיע לנסיעה ארוכה בכביש המהיר.עד כה הקימה טסלה יותר מ-20 תחנות החלפת חשמל בקליפורניה ובמקומות נוספים.כמה חברות הולנדיות הציגו לראשונה פתרונות היברידיים המבוססים על טעינה מהירה והחלפת סוללה.במקביל, סינגפור, ארצות הברית, שוודיה, ירדן ומדינות ואזורים נוספים פיתחו תחנות החלפת כוח לרכב חשמלי מתקדמות יחסית ובקנה מידה גדול.

מספר ארגונים בתחום רכבי האנרגיה החדשים שמשכו תשומת לב רבה בסין מתחילים לשים לב ולחקור את היישום המסחרי של מודל החלפת הכוח של הרכב החשמלי.מצב החלפת החשמל המשמש את NIO, יצרנית רכבי אנרגיה חדשה מקומית ידועה, הוא מצב מיוחד, המאפשר לבעלים להחליף את הסוללה בסוללה טעונה במלואה תוך לא יותר מ-3 דקות.

בתחום התחבורה הציבורית, אופן שינוי הכוח נפוץ יותר.לדוגמה, Ningde Times שיתף פעולה עם מחוז ננשאן בשנג'ן כדי לספק 500 סוללות לאוטובוסים חשמליים, ובנה 30 תחנות להחלפת חשמל.Jingdong בנתה יותר מ-100 תחנות החלפת חשמל בבייג'ין, שנחאי, גואנגג'ואו, שנזן ובערים אחרות, המספקות שירותי החלפת סוללה מהירים ונוחים לרכבים לוגיסטיים.

יישום תכנית החלפת כוח

בשלב זה, שיטות החלפת הכוח העיקריות בשוק הן החלפת כוח שלדה, החלפת כוח תא קדמי/אחורי והחלפת כוח דופן צדדית.

• Cהחלפת כוח חסיס מתייחסת לדרך להסיר את ערכת המצברים המקורית מהחלק התחתון של השלדה ולהחליף את ערכת המצברים החדשה, המשמשת בעיקר בתחומי הרכב, שטחי השטח, MPV ורכבי לוגיסטיקה קלים, ומשמשת בעיקר את BAIC, NIO, Tesla וכן הלאה.תכנית זו קלה להשגה מכיוון שזמן החלפת הסוללה קצר ומידת האוטומציה גבוהה, אך היא צריכה לבנות תחנת החלפת חשמל קבועה חדשה ולהוסיף ציוד חדש להחלפת חשמל.
• החלפת חשמל בתא קדמי/אחורי פירושה שמארז הסוללות מסודר בתא הקדמי/אחורי של המכונית, על ידי פתיחת תא הסוללה/תא המטען הקדמי כדי להסיר ולהחליף את ערכת הסוללות החדשה.תוכנית זו משמשת בעיקר בתחום המכוניות, כיום משמשת בעיקר ב-Lifan, SKIO וכן הלאה.תוכנית זו אינה דורשת ציוד החלפת כוח חדש, ומממשת החלפת כוח באמצעות הפעלה ידנית של הזרועות המכניות.העלות של היא נמוכה, אבל זה מצריך שני אנשים לעבוד יחד, וזה לוקח הרבה זמן ואינו יעיל.
• החלפת חשמל בדופן צד משמעה שמסירים את ערכת המצברים מהצד ומחליפים אותה בחבילת מצברים חדשה, המשמשת בעיקר בתחום מכוניות נוסעים ומשאיות, ומשמשת בעיקר באוטובוסים.בתכנית זו, פריסת הסוללה היא הסבירה ביותר, אך יש לפתוח את הקיר הצדדי, מה שישפיע על מראה הרכב.

בעיות קיימות

• מגוון רחב של חבילות סוללות: מארזי הסוללות המשמשים ברכבים חשמליים בשוק הם סוללות ליתיום-יון טרינריות, סוללות ליתיום ברזל פוספט, סוללות נתרן-יון וכו'. טכנולוגיית החלפת החשמל לרכב חשמלי צריכה להיות תואמת לסוגים שונים של סוללות חבילות.
• התאמת כוח קשה: ערכת הסוללות של כל רכב חשמלי שונה, ותחנת החלפת החשמל של הרכב החשמלי צריכה להשיג התאמת כוח.כלומר, לספק לכל רכב חשמלי הנכנס לתחנה ערכת סוללות התואמת את הכוח שהוא צריך.בנוסף, תחנת הכוח צריכה להיות תואמת לסוגים ומותגים שונים של רכבים חשמליים, מה שמציב אתגרים גם למימוש הטכנולוגיה ובקרת העלויות.
• בעיות בטיחות: ערכת הסוללות היא אחד ממרכיבי הליבה של כלי רכב חשמליים, ותחנת החלפת הכוח של רכבים חשמליים צריכה לעבוד בהנחה של הבטחת בטיחות ערכת המצברים.
• עלות ציוד גבוהה: תחנות החלפת חשמל לרכב חשמלי צריכות לקנות מספר רב של חבילות סוללות וציוד חלופי, העלות גבוהה יחסית.

על מנת להעניק משחק ליתרונות של טכנולוגיית החלפת כוח, יש צורך להשיג איחוד של פרמטרי ערכת סוללות של מותגים שונים ודגמים שונים, לשפר את ההחלפה ולהשיג ממדים אוניברסליים של ערכת סוללות כוח, בקרת תקשורת והתאמת ציוד.לכן, הניסוח והאיחוד של תקני החלפת חשמל הם אחד הגורמים החשובים המשפיעים על פיתוח טכנולוגיית החלפת חשמל עתידית.