光伏儲能在新能源重卡充/換電場景的技術應用

【摘" 要】隨著新能源重卡產品的逐步推廣及光伏發電儲能技術的日趨成熟，新能源重卡和光伏供電在生產生活中的應用越來越普遍，存在兩個技術應用領域相互搭配相輔相成的可行性。而新能源重卡的補能速度、補能站點建設規模的合理規劃、光伏儲能供配電規模的匹配建設、投資運營規模的有效評估、經濟效益的最大化落實，成為新能源重卡應用推廣和光伏充儲能的重要研究課題。快速評估車輛需求與設施投資規模，利用自然資源降成本，對新能源技術推廣、碳排放降低、環境改善及能源循環利用意義重大，文章就此展開研究，以期為新能源重卡與光伏儲能的協同發展提供有效策略與方法，助力其在實際應用中實現高效、經濟與可持續發展，推動綠色能源體系建設與完善。

【關鍵詞】新能源重卡；光伏儲能；充/換電；補能；供電

中圖分類號：U469.72" " 文獻標識碼：A" " 文章編號：1003-8639（2025）02-0046-02

Technical Application of Photovoltaic Energy Storage in New Energy Heavy

Truck Charging/Power Change Scenario

GAO Peng，JIANG Jiting

（Xuzhou XCMG Auto Manufacturing Co.，Ltd.，Xuzhou 221000，China）

【Abstract】With the gradual promotion of new energy heavy truck products and the maturity of photovoltaic power storage technology，the application of new energy heavy truck and photovoltaic power supply in production and life is becoming more and more common. There is the feasibility of the two technical application fields matching each other and complementing each other. The replenishment speed of new energy heavy trucks，the reasonable planning of the construction scale of the replenishment station，the matching construction of the scale of photovoltaic energy storage power supply and distribution，the effective evaluation of the scale of investment and operation，and the maximum implementation of economic benefits have become an important research topic of the application and promotion of new energy heavy trucks and photovoltaic energy storage. Rapid assessment of vehicle demand and facility investment scale and the use of natural resources to reduce costs are of great significance to the promotion of new energy technology，carbon emission reduction，environmental improvement and energy recycling. This paper conducted research on this，hoping to provide effective strategies and methods for the synergistic development of new energy heavy trucks and photovoltaic energy storage，and help it achieve efficient，economic and sustainable development in practical applications. We will promote the development and improvement of the green energy system.

【Key words】new energy heavy truck；photovoltaic energy storage；charge/change；energize；power supply

0" 引言

中國很多地區擁有充足的日照條件，這為大規模光伏儲能電站的建設奠定了堅實的基礎，同時也為新能源重卡在當地的應用與推廣營造了良好的條件。在新能源重卡的各類車型中，當下最具推廣應用潛力的當屬能夠實現快速補能的各型換電類重卡。鑒于此，可將二者進行有機搭配建設，但在此過程中，必須做好全方位的匹配工作。一方面，要確保光伏儲能電站的發電能力、儲能容量以及電力輸出特性等與換電類重卡的充電需求、行駛里程、運營時間等精準適配，實現功能與需求的精妙平衡，從而充分發揮光伏這一自然能源的低成本優勢，在提高經濟效益的同時，有效降低能源成本支出；另一方面，要合理規劃和控制新能源車輛及其相關配套系統的投資規模，避免過度投資造成資源浪費，同時也要確保整個系統能夠滿足實際工況下的多樣化使用需求，保證車輛的穩定運行和高效出勤，最終實現經濟效益、環境效益與社會效益的多贏局面，推動能源結構的轉型升級和交通運輸行業的可持續發展。

1" 換電重卡及換電站的應用場景適配

1.1" 新能源換電重卡數量與工程量的匹配

在新能源車輛的應用場景中，新能源車受限于電池的續航里程影響，往往無法像燃油車一樣，用較少的車數實現較大的運力，而是需要綜合考慮補能周期和補能耗時，以及一次充放循環的運距，通過適當擴充車隊數量，來抵消補能時間和運距不足帶來的運力影響。

裝卸貨站點數量及車隊通道數匹配規則為：單車單次裝貨時長為[Tz]，單車單次卸貨時長為[Tx]，二者取時長最大值作為車隊的每通道的車間間隔周期，保證有序運行。每通道可按照裝貨點（挖機等作業機械）及卸貨點（如堆場或卸料輸送站）定義，裝卸貨時間差異大時，可根據時間長度關系綜合運力需求，在最小公倍數的時間之內，利用二者時長的比例關系來來計算裝/卸通道設置數量，保證作業時間均衡匹配。

如裝貨每臺車需5min，卸貨每臺車需3min，則計算為15min內，以5個裝貨點和3個卸貨點來計算，可實現每個裝貨點裝3輛車，而每個卸貨點卸5輛車，合計均完成了15輛車的作業。

1）作業點到換電站距離[Sz]，單車工況平均公里電耗為[Dp]，車電余量系數[Ky]滿足剩余電量大于駛往換電站所需電量，即[Ky]≥[Dp]×[Sz]。

2）單車裝卸作業電量為[Dzx]，單車電池容量為[Dv]，單車SOC下限為[Xv]，則單車可用電量[Dk]=[Dv]×（1-[Xv]-[Ky]），而單車工況續航里程[Sv]=（[Dk]-[Dzx]×[Nd]×[Nh]）/[Dp]。

3）單車工況平均車速為[Vp]，則單車不換電工況行駛時長[Tr]=[Sv]/[Vp]。

4）單次作業往返里程[Sd]，單次電量作業次數[Nd]=（[Sv]-2[Sz]）/[Sd]。

5）單次電量裝卸時長為[Tzx]=（[Tz]+[Tx]）×[Nd]。

6）車換電時長[Th]，單車換電在途時長[Tf]=2[Sz]/[Vp]，則單車單次電量的作業時長[Tv]=[Tr]-[Tzx]-[Th]-[Tf]。

7）工程單日工作時長為[Tg]（去除駕駛員間歇休息、交接班和用餐時長，只考慮駕駛員作業時長），則單車換電次數[Nh]=[Tg]/[Tv]。

8）單車運輸量為[Lv]，則單車日運輸量[Ld]=[Lv]×[Nd]×[Nh]。

9）工程總運力需求[Lg]，則車輛需求數量[Nv]≥[Lg]/[Ld]。[Nv]綜合考慮車輛故障率、運營維保周期，適當放大數量，但過多預留量影響投資額度。

1.2" 換電站規模數量與換電電池數量及工程量的匹配

車電比例為[Kb]，為綜合考慮電池維修保養、充/換電周期匹配誤差、車輛運行周期誤差等因素設定的經驗值，可根據需求調整。工況所需換電電池數為[Ny]≥[Nv]×[Kb]，[Kb]系數及[Ny]偏大，會影響投資額度。

單車在換電站內換電時長為[Th]，當[Tx]或[Tz]最大值大于[Th]但相差不多時，可以避免換電排隊等待。當[Th]明顯較小，則換電站可以即來即換，無需等待；當[Th]明顯偏大時，則會出現嚴重換電等待，需推展換電站數量或規模來降低。

1.3" 換電站內用拖車進行電池替換的匹配

假如需利用拖車進行站內電池更換，則拖車上所有的電池換電時長為[Tt]，拖車數量[Ns]，拖車在途時長[Ty]，拖車電池完成充電時間[Tc]，拖車自帶電池數量[Nb]，換電站內電池數量[Ne]，則[Ns]（[Tc]+[Ty]）≤[Ne]×[Th]+[Ns]×[Tt]。

2" 光伏儲能的應用場景匹配

2.1" 儲能對外充電能力匹配

拖車及其配套電池，可作為光伏儲能的主要或者輔助儲能裝置，也是換電站的電池能源供給和輔助換電分站點的主要換能供給方式。

1）單拖車所需充電功率[Pb]≥[Nb]×[Dk]/[Tc]，外部為拖車提供的總充電功率[Pbz]≥[Pb][[Ns]×[Tc]/（[Tt]+[Ty]）]。

2）單槍持續充電功率為[Wq]，單電池充電插座數量為[Nj]，單拖車所需充電槍數量[Nq]=[Nb]×[Nj]，充電樁所帶槍數為[Nk]，充電樁數[Nz]=（[Nq]×[Ns]）/[Nk]。

3）如拖車及其配套電池作為儲能電池和換電站的過渡環節，則儲能系統須有充電系統，存在從儲能到拖車電池的放電效率[ηf]，則儲能系統對外充電的時長為[Td]，每天對外放電量[Pw]≥（[Pbz]×[Td]）/[ηf]，其中[Pw]≤[Td]×[Cd]。

4）放電余量系數為[Ad]，儲能效率[Cn]，則儲能系統最低容量[Ds]≥[Pw]（1-[Ad]）/[Cn]。

2.2" 光伏發電與儲能的應用場景匹配

1）發電面積為[Sf]，面積利用系數為[As]，太陽輻射強度為G，轉化效率為[ηr]，日均發電時長為[Te]，則日均發電功率[Pf]=[Sf]×[As]×G×[ηr]，日發電總電量[Df]=[Pf]×[Te]。

2）光伏儲能容量為[Dc]，換電儲能容量為[Dh]，儲能SCO下限為[Xc]，則[Df]≥[Dc]×（1-[Xc]）+[Dh]×[Ky]，以確保日發電總量足夠覆蓋儲能容量，并可以實現對日照不足的情況最大化高儲能能力，足以滿足使用需求并節約儲能容量的投資額度。

3" 結論

本文以項目施工中換電車輛的運力需求為切入點，逆向推導換電車隊、換電站以及光伏儲能等各個環節的應用匹配數據，致力于探索各環節最低需求的匹配方法，并深入剖析光伏儲能與換電車型及換電站之間協同搭配的可行性。研究成果顯示，新能源換電系統與光伏儲能具備出色的匹配應用成效，二者能夠達成良好的互補共贏局面，這對于拓展光伏儲能的應用范圍、解決換電能源供應問題以及拓寬換電場景而言意義重大。

盡管本研究提出了頗具價值的觀點和切實可行的匹配應用方法，但我們也清楚地意識到研究存在一定的局限性。例如，針對換電系統的多站點協同運作、多路徑多工況的綜合運營模式、換電站內充電與充換互補并行的運營匹配方式，以及換電站與拖車簡易移動站相互補充的綜合運營情景等方面，尤其是當各類綜合工況以排列組合的形式構建出復雜的運營匹配場景時，尚未展開深入且全面的探究。

事實上，這些更為復雜的工況場景更加貼近未來廣泛推廣階段所面臨的實際狀況，理應成為我們后續深入研究的全新方向。對其進行深入鉆研，將有助于提煉出適用范圍更廣、適配性更強的應用匹配方法，從而有力推動新能源換電車型的普及應用，并充分發揮光伏儲能的優勢，為新能源產業的發展提供更為堅實的理論與實踐支撐。

參考文獻

[1] 高鵬，馮方正，蔣繼婷，等.與施工項目匹配的新能源設施參數計算方法及相關裝置：中國，2024110823634[P].2024-08-08.

（編輯" 凌" 波）

收稿日期：2024-08-02

作者簡介：高" 鵬（1986—），男，主要從事各類卡車相關的設計研發、應用與優化工作。