CBA双模式自动驾驶纯电动汽车公路运输系统
随着科技的发展和对环保的认知水平提高,本已几乎匿迹的电动汽车又重返现代汽车舞台,并在各种新技术的支持下大放异彩。高效率、低噪音、零排放、无级变速、高加速度和无人驾驶等诸多闪光点,无一不在向人们昭示汽车的未来属于电动汽车。世界几乎所有的汽车制造商都纷纷加入了这场争夺未来汽车市场的鏖战之中。
为了探寻电动汽车与未来公路交通的发展走向,通运公司推出了CBA (接触网Catenary + 电池Battery + 自动驾驶AutoPilot)纯电动汽车公路运输系统技术方案(发明专利申请号:CN 201811143964.6)。与不久前我们介绍的“接触网+蓄电池”双模式矿车的供电类似,通过在公路上架设中压接触网、在大型车辆上加装受电弓、变压器(或DC-DC)和蓄电池等,首先使大型车辆成为“接触网+蓄电池”双模式纯电动汽车;继而通过在大型车辆的尾部加装充电插座、在中小型车辆加装受电插头杆和蓄电池等,让大型车在行驶途中为中小型车辆输送电力,从而使中小型车辆都成为双模式纯电动车;最终实现各种车辆的纯电动化。这些双模式电动车再借助于自动循迹驾驶技术,通过检测接触网或在道路上埋设的磁钉或其它标志物判定车辆与道路的相对位置,从而实现自动驾驶。
当前,以各种锂离子动力电池作为车载能源的纯电动汽车已在城市大巴、小轿车和城市物流车、环卫车市场占据可观的比例,而且势头越来越大。但是,由于蓄电池的储能密度较低、充电时间长,造成整车的续航里程较短,纯电动汽车目前还主要集中在乘用车、城市公交巴士和城市物流车等,在长途公路行驶的各种车辆中除了极少量纯电动乘用车,几乎没有其它纯电动车辆。
虽然与电动汽车相关的氢燃料电池、超级公路无线充电技术也在大力研发和推广之中,但我们认为这些技术存在先天之缺陷,终将不会成为车载电源的主流。氢气作为一种二次能源,生产过程的消耗的能耗的能量高于产出的氢气所含能量,加上储氢技术的安全性和催化剂材料的稀缺等原因,氢燃料电池汽车大面积推广是不太可能的;而貌似先进的超级公路,因其采用的无线充电技术无法克服低能效和较强辐射泄露及建造、维护成本巨高等问题,决定了该技术再公路运输领域注定不会走的太远。
众所周知用导线传输电能是最直接、也是最高效的方法。只是由于技术的原因,过去曾经遍布于大城市道路上空的接触网严重妨碍消防及大件物体的运输并影响现代城市的发展,最终不得不被拆除。而我们所述的双模式电动汽车的接触网主要是架设在城外的公路干线,如高速公路、国道和省道及专用公路。由于双模式纯电动汽车自身备有蓄电池,所以接触网不必像过去的城市电车那样必须做成连续的,在交叉路口、隧道和急转弯处等特殊路段可以不架设接触网。这样的接触网将不会妨碍他人超大件的运输,也不会因为必须在特殊路段架设接触网而使得架设成本激增。
CBA纯电动矿车、城际大巴和大型物流车对蓄电池的要求不同于一般的纯电动汽车,其特点是蓄电池的容量很小、充放电功率又很大。蓄电池的容量只要能满足脱离接触网后的短距离机动行驶里程需求就可以了,一般只有同类纯电池车辆的1/10左右;但电池的充放电功率必须足够大,以满足车辆正常行驶的需要。目前能满足这样要求的最佳选择是钛酸锂动力电池和超级电容,但超级电容成本太高、体积太大,暂时不考虑。采用环境适应性强、不易着火、循环寿命长的钛酸锂动力电池可以简化蓄电池的温度控制、提高系统的安全性、在汽车生命周期内不用更换电池。虽然是现有的钛酸锂动力电池基本可以满足需求,但充放电倍率还需要进一步提高,好在以往钛酸锂动力电池的抓哟研究方向是如何提高比能量,在这方面还留有很大的发展空间。
中压接触网的架设成本很低,单向每km造价只要十几万元。接触线多年使用报废后也便于回收,都是金属、没有其它有害的化学成分,不存在二次污染的可能。
大型CBA纯电动车在接触网供电的条件下具有无限的续航里程,整车的生产成本比燃油车高约25%,远低于完全由锂电池提供能量的纯电动汽车。采用接触网供电可以在行驶途中充电,不需要在面积有限的公路服务区设立大量的充电桩。
CBA纯电动车的能效要比单纯依靠蓄电池供电的纯电动汽车高的多,这主要是在行驶中绝大部分时间车辆的动力系统都是由接触网直接提供电力,省去了纯电池供电电动汽车先将电力充入蓄电池、再由蓄电池释放出来这样的两次电力转换,下坡、制动时的再生能量也可以全额回收。另外广泛的使用再生发电制动还可以极大的减少汽车机械制动器的磨损,对于重型汽车的制动安全具有特别重要意义。
“接触网+蓄电池”双模式纯电动车的长途转运也比较方便,只要给车上临时安置一台静音发电机,就可以在没有接触网的公路上像传统燃油车一样进行长途跋涉。
为了便于尽快实现商品化,中压接触网及换流站可以先搞中压交流电,这样几乎所有相关的技术或专件都是现成的。我们以后可以加大气力研发大功率双向中压直流DC-DC,进而实现更加先进的中压直流接触网供电。
只要汽车、电池、电控、电机和电力、电气及公路、运管等各相关企业、单位通力合作,就能在很短的时间使CBA汽车公路运输系统变为现实。最容易突破的首先是露天矿相对独立的非公路矿车运输系统,其次是长途大型物流车和城际大巴公路运输系统。中小型纯电动汽车由于不便安装过于高大的受电弓,可以稍晚点实施,可以借助汽车自动列队跟踪驾驶技术,通过加装一个受电杆与双模式大型电动车尾部的插座对接,中小型纯电动汽车就能像飞机空中加油那样实现在运动中供电。
全面实现CBA汽车公路运输系统是一项宏大事业,由于理念上的差异,CBA纯电动车与多数现有的新能源汽车技术路线有所不同。她是将成熟的铁路中压接触网供电技术与高性能钛酸锂电池技术以及人工智能AGV技术结合的产物,效果肯定要比氢燃料电池汽车和建设无线充电公路更加先进、更加安全、更加经济、更高效。
如果高速公路上的所有大型车辆和矿区用的所有矿车都做成CBA纯电动车,不仅会给国家节约大量的能源、大幅减轻碳排放压力,同时也给广大的车主带来丰厚的利益汇报。因此这绝对是一项利国利民的好技术,欢迎有志于未来汽车发展的学者、企业家与我们携手合作,早日实现CBA汽车公路运输系统。