中型和重型車輛 (MHDV) 的電氣化正在興起。與個人擁有的輕型車輛 (LDV) 的電氣化相比，不斷增長的公共汽車、送貨卡車、物流卡車和其他 MHDV 車隊將為技術進步帶來新的機遇。這些進步將使所有類型電動汽車的制造商和用戶受益，從 LDV 到越野農(nóng)業(yè)和采礦車輛。

與較小的 LDV 相比，MHDV 需要更大的充電器，并且可以支持不同的充電基礎設施。這些新車隊將需要復雜的充電技術組合，包括傳統(tǒng)的插入式充電器、固定位置的無線充電器和一些高速公路內置的無線充電，以便在車輛行駛時持續(xù)充電。

車隊運營商已經(jīng)精通遠程信息處理，以提高現(xiàn)有內燃動力車輛車隊的運營效率。軟件和實時控制對于管理 MHDV 車隊的能源消耗和充電需求將變得更加重要。

本文考慮了公共汽車、送貨和垃圾卡車以及物流卡車的各種 MHDV 用例。然后，我們將研究 MHDV 車隊的出現(xiàn)將如何導致新充電技術的發(fā)展，并討論軟件的重要性，包括提供數(shù)據(jù)所需的傳感器，以及高級分析以及人工智能和機器學習的使用優(yōu)化運行 MHDV 車隊運行。

MHDV 用例

MHDV 在幾個重要方面與當今的 LDV 不同（圖 1）。重型車輛預計可行駛 100 萬公里或更長，約為輕型車的三倍。MHDV 比 LDV 消耗更多的電量：MHDV 消耗的電量從 300Wh/km 到 2000Wh/km，而 LDV 的能源使用量通常低于 250Wh/km。MHDV 的每公里耗電量更大，加上日常行駛距離更長，需要更大的電池組。在某些情況下，可以通過使用機會收費來緩解這種情況，我們將對此進行回顧。LDV 通常有一個低于 100kWh 的電池組，而當前的 MHDV 電池組可以是 660kWh。未來的 MHDV 設計預計電池組容量為 1MWh。

圖 1：用于商業(yè) MHDV 的分類標準。（MED = 中；COE = Cab Over Engine）（來源：WTWH Media, LLC）

MHDV 本身、駕駛員補償和燃料是運行傳統(tǒng)內燃機 (ICE) 時最大的運營成本。預計采用電動 MHDV 將顯著降低燃料成本。然而，為了證明 MHDV 的經(jīng)濟使用是合理的，較低的燃料支出需要足夠大，以抵消電池的高成本。電池成本是電動 MHDV 中的一個重要成本，而在 ICE 驅動的 MHDV 中沒有相應的元素。例如，假設 MHDV 電池組在使用遠少于 100 萬英里時需要更換。在這種情況下，它將顯著增加電動 MHDV 的成本，并對大規(guī)模部署的潛力產(chǎn)生負面影響。

此外，各種 MHDV 的不同駕駛模式預計會影響相應充電基礎設施的架構：

• 公共汽車有專門的路線行駛，可以在車站利用機會充電，并且可以從使用嵌入式高速公路收費中受益
• 送貨卡車、垃圾收集車和類似服務需要堆場收費，因為路線每天都不同
• 根據(jù)路線和行駛距離，物流卡車可以使用車廠充電、沿高速公路戰(zhàn)略性放置的充電站或嵌入式高速公路充電，用于在固定的點對點路線上行駛，例如從機場或港口到倉庫來回區(qū)。

MHDV 的充電選項

越來越多的 MHDV 充電系統(tǒng)與標準 J1772-CCS Type 1 插入式充電連接和行業(yè)標準 SAE J3105 受電弓系統(tǒng)兼容。雖然插入式充電器幾乎普遍存在于車站充電場景中，但受電弓充電可以在車站充電和機會充電中找到，主要用于?？科陂g的公共汽車。

公共汽車機會充電的典型使用模式是使用受電弓系統(tǒng)，在停車期間充電時間為 3 到 6 分鐘（圖 2）。該系統(tǒng)還包括充電系統(tǒng)和電池的遠程診斷以及車隊管理軟件。受電弓系統(tǒng)的工作電壓范圍為 150V 至 850V，額定功率通常為 150kW 至 600kW，使系統(tǒng)能夠支持各種總線尺寸和充電需求。

MHDV 的無線機會充電是一項新興技術，預計將在未來幾年顯著增長。例如，雖然受電弓系統(tǒng)用于為市政巴士車隊提供機會充電，但巴士的無線機會充電仍主要處于開發(fā)和現(xiàn)場試驗階段（圖 3）。

公共汽車和其他 MHDV 的機會充電可以提供的好處超出了使用更小、成本更低的電池組支持給定行駛里程的能力。放電深度對電池的循環(huán)壽命有顯著影響。放電深度越大，循環(huán)壽命越短。例如，將電池組放電至接近零電荷，而不是 50% 的水平，可以將循環(huán)壽命縮短一半。通過支持較低深度的放電率，機會充電還支持更長的電池循環(huán)壽命。

MHDV 充電將需要更高的功率水平，而更高輸入電壓的充電器將支持這些更高的功率水平。預計 MHDV 的電池總線電壓也會增加。如今，為傳動系統(tǒng)供電的 800V 至 900V 主電源總線很常見。正在研究開發(fā)設備和電路以支持 1200V 電池電壓和動力傳動系統(tǒng)動力總線。對于最大的應用（大約 1MW），正在考慮更高的電壓。對于給定的功率水平，電壓越高，電流越低。較低的電流意味著可以使用更小、更輕的電源總線。

對于大功率 MHDV 充電器，480V 電源是常見的。未來，MHDV 充電器有望在 1200V 電源電壓下運行。未來的充電器還有望包括數(shù)字控制，使單個充電器能夠與各種車輛一起使用。這些充電器將支持多種輸入電壓，并基于中央控制識別每輛汽車的充電需求，中央控制了解每輛汽車的預期用途以及每個電池組的充電狀態(tài)和狀況，并相應地修改充電電壓和充電速率。例如，與短期內需要的車輛相比，計劃稍后使用的車輛可以更慢地充電。

軟件和傳感器

MHDV 的電氣化將產(chǎn)生軟件定義的車輛和軟件定義的車隊。在這兩種情況下，都需要大量數(shù)據(jù)。今天的車輛有 60 到 100 個車載傳感器，數(shù)據(jù)幾乎完全在車輛本身上進行分析。隨著車輛變得越來越智能并通過結合使用云計算和車載計算來優(yōu)化車輛性能，包括 MHDV 在內的下一代電動汽車預計將包括兩倍數(shù)量的傳感器。

一旦車輛制造完成，MHDV 中的各種機械和儲能系統(tǒng)就相對固定。軟件不同；它可以定期更新，支持對各種控制系統(tǒng)的持續(xù)學習和改進，以提高 MHDV 的效率。軟件還使 MHDV 能夠響應不斷變化的操作條件。軟件被稱為新的空氣動力學，可以控制從動力傳動系統(tǒng)到電池和能源系統(tǒng)的一切。管理當今電動汽車中電池和電機之間能量流的動力傳動系統(tǒng)軟件包含超過 100 萬行代碼。預計下一代 MHDV 會變得更加復雜。

人工智能和 MHDV 艦隊

MHDV 與傳統(tǒng)電動汽車的一個顯著區(qū)別在于，大多數(shù) MHDV 將由車隊運營商而非個人車主使用。對車隊的集中控制將使用高級分析和人工智能提供更多的運營優(yōu)化激勵。

隨著智能電網(wǎng)的不斷進步，電動 MHDV 車隊的廣泛采用有望帶來更大的環(huán)境效益。例如，MHDV 將擴大電網(wǎng)并充當分布式能源存儲節(jié)點。預計車隊運營商和公用事業(yè)公司將開發(fā)能源管理能力和相應的商業(yè)模式，以幫助支持間歇性可再生能源的最佳能源使用。如果要實現(xiàn)這些好處，需要解決幾個挑戰(zhàn)。需要以這樣的方式組織車隊甚至多個 MHDV 車隊，以避免可能導致高電價和當?shù)嘏潆娋W(wǎng)過載的電網(wǎng)高峰。

大數(shù)據(jù)和人工智能的應用將是這種擴展優(yōu)化的重要方面。正在開發(fā)機器學習技術來分析 MHDV 車隊的能源使用模式，然后應用人工智能算法來優(yōu)化充電參數(shù)和調度。機器學習和人工智能將應用于 MHDV 本身，以進行快速和高級別的性能調整。數(shù)據(jù)還將上傳到云端，以進行更深入的分析和微調。因此，無需進行昂貴且耗時的充電基礎設施升級，就可以提供更多能源。

最后，EEMBC 計劃擴展 ADASMark 基準套件，以包括機器學習功能。ADASMark 是一種性能測量和優(yōu)化工具，適用于構建下一代高級駕駛輔助系統(tǒng) (ADAS) 的汽車公司，可以在下一代 MHDV 中找到應用。ADASMark 旨在分析自動駕駛中使用的片上系統(tǒng) (SoC) 性能，利用代表高度并行應用的真實工作負載，例如環(huán)繞視圖拼接、分割和卷積神經(jīng)網(wǎng)絡 (CNN) 交通標志分類。ADASMark 基準測試強調各種形式的計算資源，例如 CPU、GPU 和硬件加速器，允許用戶確定可用計算資源的最佳利用率。

結論

不斷增長的公共汽車、送貨卡車、物流卡車和其他 MHDV 車隊將為技術進步提供新的機會。這些新車隊將需要復雜的充電技術組合，包括傳統(tǒng)的插入式充電器以及固定位置的無線充電器，以及在某些高速公路上內置的無線充電功能，以便在車輛行駛時持續(xù)充電。

車隊運營商已經(jīng)精通遠程信息處理的使用，以提高現(xiàn)有內燃機車隊的運營效率。軟件和實時控制對于管理 MHDV 車隊的能源消耗和充電需求將變得更加重要。MHDV 上的傳感器數(shù)量將繼續(xù)增長，并推動對高級分析的需求，包括云計算、人工智能和機器學習，以優(yōu)化 MHDV 車隊運營并最大限度地提高經(jīng)濟和環(huán)境效益。

審核編輯：符乾江