換電倉運輸車的接駁方案與實踐

方金順 鄧國成

FANG Jin-shun et al

龍巖暢豐專用汽車有限公司 福建龍巖 364000

1 前言

電動汽車作為戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)而被國家大力扶持，但由于電池充電慢、充電站建設占地面積大等系列瓶頸，發(fā)展較為緩慢。近年來，將單純的充電站升級為具有換電池和插充雙重功能換電站的技術(shù)路線引起業(yè)內(nèi)廣泛關(guān)注。充換電站能夠提供電池充電和換電池兩種服務，即對接了目前國內(nèi)整車購買和電池租賃這兩種主要的電動汽車銷售模式，增加了充換電站的目標客戶群體，增強了其地域適應性[1]。

換電倉運輸車是《車輛生產(chǎn)企業(yè)及產(chǎn)品（第232批）》公告產(chǎn)品，專用于換電站與集中充放站之間換電倉的運輸，換電倉運輸車工作示意如圖1所示。換電倉運輸車在換電站必須與換電站的換電倉周轉(zhuǎn)平臺進行接駁作業(yè)，實現(xiàn)換電倉裝卸。其接駁功能由運輸車與周轉(zhuǎn)平臺定位對接裝置、車廂地板升降裝置和換電倉裝卸驅(qū)動裝置等三個裝置共同完成。

2 實現(xiàn)接駁功能的關(guān)鍵裝置

2.1 定位對接裝置

由于換電站內(nèi)周轉(zhuǎn)平臺是固定安裝的，因此換電倉運輸車需以周轉(zhuǎn)平臺為基準，保證兩者的中心偏差小于±20 mm。定位時，可通過在地面車輪位設置修正臺，分別調(diào)整前后輪的位置，以精確擺正換電倉運輸車裝卸車時的位置。修正臺采用伺服或變頻電機驅(qū)動，調(diào)節(jié)速度可設為定值，也可在線時調(diào)整，調(diào)節(jié)范圍可達200 mm，并在頂棚懸掛攝像頭，可目測對接偏差。定位對接裝置原理如圖2所示。

2.2 車廂地板升降裝置

運輸車的車廂平臺放置電池倉區(qū)域內(nèi)布置有萬向輪地板升降裝置，裝置的升降行程為50 mm。升降裝置采用油缸驅(qū)動桁架機構(gòu)，并在桁架機構(gòu)上固定萬向輪群。四個油缸與桁架連接，驅(qū)動桁架上下升降。油缸活塞桿伸出時，桁架與萬向輪群平面升起，供電池倉移動。完成電池倉與周轉(zhuǎn)平臺交換作業(yè)后，油缸活塞桿退回，萬向輪群平面降下，電池倉回落到車廂平臺地板上，車廂地板升降裝置原理如圖3所示。萬向輪采用三條四組導向輪排（后部設錐形導向）組成兩個導向槽的布置方式，確保電池倉縱向移動軌跡偏差不大于±2 mm，萬向輪布置方案如圖4所示。

2.3 裝卸驅(qū)動裝置

裝卸驅(qū)動裝置是一套單自由度液壓驅(qū)動機械手，具有推拉功能，機械手爪具有對電池倉的抓、放功能，該機械手可把電池倉末端送出和收入車尾邊緣。機械手推拉行程約為350 mm，推拉速度為50 mm/s。周轉(zhuǎn)平臺補充設計了向上壓緊的動力滾輪，可提供約490 N的恒定摩擦力，且不受質(zhì)心位置影響。裝卸驅(qū)動裝置原理如圖5所示。

3 換電倉運輸車接駁功能裝置的試制

基于上述接駁功能方案，試制了一套接駁裝置，并通過試驗對該方案進行完善。

3.1 接駁過程缺陷的消除

車廂地板靜態(tài)已調(diào)平，但液壓機械手爪推出電池倉與動力滾輪接駁過程時會出現(xiàn)卡滯、晃動、噪聲大的現(xiàn)象。分析發(fā)現(xiàn)，驅(qū)動升降機構(gòu)的同步閥串接四缸同步回路的四個油缸時，存在不同步現(xiàn)象，當極限誤差反應在A、D兩缸時，電池倉底座兩側(cè)高低差值為6 mm，從而導致裝卸時出現(xiàn)卡滯、晃動、噪聲大的現(xiàn)象。兩缸極限誤差示意如圖6所示。

將系統(tǒng)改用并聯(lián)四缸同步回路，同步誤差理論值 δ+(－δ)+δ+(－δ)=0。經(jīng)100次接駁作業(yè)，測得實際電池倉底座兩側(cè)高低差值為3 mm，從而保證了接駁過程平穩(wěn)，噪聲也明顯減小。并聯(lián)四缸同步回路如圖7所示[2]。

3.2 控制系統(tǒng)人機界面的改進

接駁作業(yè)時，需要完成地板升降、液壓機械手爪推出及收回、液壓機械手爪抓放、車前液壓支腿升降、車后液壓支腿升降等動作，控制面板上需布置16個按鈕，如圖8所示，操作繁瑣且連貫性差。故考慮采用雙向自復位旋鈕開關(guān)取代單點單動按鈕開關(guān)，控制面板如圖9所示，每個操作流程可分別減少10 s。

3.3 電池倉移動線速度的驗證

電池倉移動時的動力來自兩個不同的動力源，即動力滾輪和周轉(zhuǎn)平臺滾筒，如圖10所示。周轉(zhuǎn)平臺滾筒直徑為89 mm，轉(zhuǎn)速為37.55 r/min，電池倉移動線速度為10.49 m/min，摩擦系數(shù)η=0.1；由于周轉(zhuǎn)平臺電機帶動6組48只滾筒，最大負載為12 000 kg， 考慮到電機轉(zhuǎn)速下降的因素，動力滾輪設計直徑為220 mm，轉(zhuǎn)速為14.67 r/min，線速度為10.14 m/min，摩擦系數(shù)η=0.2。經(jīng)過100次接駁作業(yè)，測得電池倉移動線速度為10～10.10 m/min。

4 結(jié)論

采用方案設計的定位對接裝置、車廂地板升降裝置和換電倉裝卸驅(qū)動裝置可以實現(xiàn)換電倉運輸車在換電站的接駁功能，一次接駁時間約245 s。換電倉、周轉(zhuǎn)平臺及換電倉運輸車的標準化系統(tǒng)研究與標準實施，是電動汽車換電技術(shù)路線獲得成功的基礎工作，應加速推進。

[1] 劉振亞.中國電力和能源[M].北京:中國電力出版社,2012.

[2] 徐達,將崇賢.專用汽車結(jié)構(gòu)與設計[M].北京:人民交通出版社,2008.