換電模式下電動(dòng)汽車電池移動(dòng)板的研制與應(yīng)用

鐘恒堅(jiān)， 戴詠夏

（1.國(guó)網(wǎng)浙江省電力公司杭州供電公司，杭州 310009；2.國(guó)網(wǎng)浙江省電力公司電動(dòng)汽車服務(wù)分公司，杭州 310012）

換電模式下電動(dòng)汽車電池移動(dòng)板的研制與應(yīng)用

鐘恒堅(jiān)1，2， 戴詠夏1，2

（1.國(guó)網(wǎng)浙江省電力公司杭州供電公司，杭州 310009；2.國(guó)網(wǎng)浙江省電力公司電動(dòng)汽車服務(wù)分公司，杭州 310012）

動(dòng)力電池置換是電動(dòng)汽車日常換電工作的一項(xiàng)重要程序。針對(duì)電動(dòng)汽車后備箱內(nèi)電池移動(dòng)缺乏輔助工具、后備箱飾件極易摩擦破損等問(wèn)題，分析了后備箱輔助移動(dòng)板的主體板材及減少摩擦力部件材料，研制了新型的蜂窩式電池移動(dòng)板。實(shí)際應(yīng)用表明，應(yīng)用該電池移動(dòng)板可使換電工作更為輕松省力，提高了安全性和工作效率，減少了車輛后備箱檢修維護(hù)成本。

電動(dòng)汽車；換電模式；電池移動(dòng)板；研制；應(yīng)用

隨著氣候變化、能源短缺等問(wèn)題的日益凸顯，電動(dòng)汽車已經(jīng)成為汽車工業(yè)未來(lái)的發(fā)展方向[1]。目前電動(dòng)汽車能源供給方式有充電模式和換電模式2種[2-4]。充電模式指電動(dòng)汽車采用整車充電的方式，按充電功率的大小又可分為常規(guī)充電和快速充電。換電模式是指將車輛和電池分開(kāi)考慮，用戶只購(gòu)買汽車，由電池租賃公司負(fù)責(zé)電池的更換、充電、保養(yǎng)和回收的方式。這2種模式在國(guó)際上已經(jīng)得到不同程度的嘗試和應(yīng)用，其中對(duì)充電模式的研究、設(shè)備開(kāi)發(fā)[5]相對(duì)較多。中國(guó)國(guó)家電網(wǎng)公司和南方電網(wǎng)公司于2011年提出了以換電為主的商業(yè)模式。但是在電動(dòng)汽車更換電池過(guò)程中，因電動(dòng)汽車電池從電池倉(cāng)移至電池轉(zhuǎn)運(yùn)車時(shí)，在車輛后備廂內(nèi)存在視角盲區(qū)，導(dǎo)致車輛后備廂地毯容易產(chǎn)生摩擦破損。為此，有必要研制便捷的動(dòng)力電池移動(dòng)板。

1 現(xiàn)狀

目前，在將電動(dòng)汽車電池從車上運(yùn)輸?shù)诫姵剞D(zhuǎn)運(yùn)車之間的過(guò)程中，尚缺乏可以輔助電池運(yùn)輸移動(dòng)的工具，電池在移動(dòng)中直接放置在車后備廂地毯上，而地毯是汽車廠商鋪設(shè)的較為美觀的棉絨材料，摩擦力較大且極易破損。經(jīng)測(cè)量，拉動(dòng)每箱電池至少需要312 N的拉力，即使使用防刮布進(jìn)行保護(hù)，對(duì)后備廂地毯的保護(hù)作用也很有限。

考慮到電動(dòng)出租汽車的工作特性，其電池更換更為頻繁，往往正常行駛數(shù)月后車輛后備廂地毯便出現(xiàn)破損現(xiàn)象。通過(guò)對(duì)運(yùn)營(yíng)中的40輛電動(dòng)出租汽車的車輛破損情況調(diào)查統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)進(jìn)入充換電站換電車輛的內(nèi)飾件破損率高達(dá)100%，盡管司機(jī)定期到4S店保養(yǎng)維修，換電池時(shí)輕拿輕放，但也僅能減緩車輛破損，無(wú)法有效避免車輛因換電引起的破損問(wèn)題。破損的后備廂不僅影響車輛的換電效率及正常運(yùn)行，也有損電動(dòng)出租汽車的形象。

2 動(dòng)力電池移動(dòng)板的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)

2.1 可行性分析

為避免電動(dòng)汽車后備廂飾件因換電而導(dǎo)致破損，提出了研制開(kāi)發(fā)電池輔助移動(dòng)工具的3種方案（見(jiàn)表1）。經(jīng)分析評(píng)估，確定“車輛后備廂臨時(shí)鋪設(shè)保護(hù)板”的方案為最終方案，該方案為電動(dòng)出租汽車量身定制了摩擦力小且保護(hù)性好的電池移動(dòng)板，在換電時(shí)鋪設(shè)上去，可有效避免車輛地毯及護(hù)板破損，還能使換電更為省力。

2.2 設(shè)計(jì)方案的確定

2.2.1 主體板材的選擇與確定

電動(dòng)汽車是新興產(chǎn)業(yè)，市場(chǎng)上尚未見(jiàn)生產(chǎn)或銷售類似換電設(shè)備，需要對(duì)便攜移動(dòng)板的主體板材和減少摩擦力部件材料予以選擇和確認(rèn)。

根據(jù)表2所列的各種主體板材方案，考慮到重量、強(qiáng)度、易加工性等因素，通過(guò)模擬試驗(yàn)，確定采用工程塑料作為主體板材。

2.2.2 減少摩擦力的部件

根據(jù)表3所列的減少摩擦力部件的多種方案，通過(guò)模擬試驗(yàn)，滾珠和防刮條均可采用。

2.3 實(shí)施方案確定

表1 可行性方案分析評(píng)估

表2 主體板材方案比較

表3 減少摩擦力部件方案比較

便攜移動(dòng)板的主體板材確定采用工程塑料，減少摩擦力部件采用滾珠或防刮條均可，但哪種材料更有效還有待驗(yàn)證。

2.3.1 滾珠的選擇和使用

通過(guò)對(duì)多種材料的對(duì)比研究，發(fā)現(xiàn)PA6聚酸胺材料更適合制作移動(dòng)板。該材料的機(jī)械強(qiáng)度、剛性、韌性、耐磨性都很優(yōu)秀，且加工方便。采用重量輕、體積小的UFO形滾珠并使用拉鉚釘固定，組合方式如圖1所示。為了使?jié)L珠的使用效果最好，根據(jù)電池長(zhǎng)725 mm、寬220 mm的實(shí)測(cè)尺寸，經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn)調(diào)試，最終確定在保護(hù)板上鑲嵌32顆滾珠，滾珠之間的橫向軸距小于100 mm。

圖1 滾珠組合方式

設(shè)定安全系數(shù)為5倍、滾珠可承受重量為45 kg，所以縱向滾珠不得少于4顆。移動(dòng)板分為2個(gè)部分，使用合頁(yè)連接，并在移動(dòng)板兩邊鏤空制作拉手，以方便攜帶與鋪設(shè)，如圖2所示。

圖2 板材上固定滾珠設(shè)計(jì)圖

2.3.2 防刮條的選擇和使用

防刮條采用PTFE聚四氟乙烯，該材料具有極低的摩擦系數(shù)和良好的耐磨性能，以及極好的化學(xué)穩(wěn)定性，可減少電池與移動(dòng)板之間的接觸面積，從而達(dá)到省力的效果，設(shè)計(jì)圖如圖3所示。因防刮條和主體板材極性較小，為了能更好地粘合，在需粘合的表面進(jìn)行了活化能處理，再使用環(huán)氧樹(shù)脂粘結(jié)劑與主體板材連接。

2.3.3 組合后的蜂窩式移動(dòng)板

采用圓柱形滾珠，將電池對(duì)移動(dòng)板的作用力集中在滾珠上，板材厚度降為5 mm，并采用蜂窩式理念對(duì)移動(dòng)板作鏤空處理，以減輕整體重量。同時(shí)，在滾珠的柱體上開(kāi)出凹槽，依靠凹槽加卡簧將滾珠固定在移動(dòng)板上，方便損壞后的更換。制作完成后的蜂窩式移動(dòng)板如圖4所示。

圖3 板材上固定防刮條設(shè)計(jì)圖

圖4 蜂窩式移動(dòng)板

3 應(yīng)用效果分析

3.1 板材上固定滾珠的應(yīng)用效果

板材上固定滾珠的方案設(shè)計(jì)完成后，在西溪充換電站進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。實(shí)際使用情況表明：電池通過(guò)移動(dòng)板輸送時(shí)更為輕松快捷，經(jīng)測(cè)試僅需49 N的拉力就可以拉動(dòng)電池，與沒(méi)有使用移動(dòng)板相比省力6倍，提高了換電效率。然而，該保護(hù)板過(guò)大、過(guò)重，攜帶、鋪設(shè)較為費(fèi)力；拉鉚釘固定在移動(dòng)板底部，會(huì)對(duì)汽車后備廂地毯造成損傷。此外，硬質(zhì)拉手在實(shí)際使用中也不太方便。固定滾珠移動(dòng)板鋪設(shè)后的效果如圖5所示。

圖5 固定滾珠移動(dòng)板的應(yīng)用

3.2 板材上固定防刮條的應(yīng)用效果

板材上固定防刮條的方案設(shè)計(jì)完成后，也在西溪充換電站進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。實(shí)際使用情況表明：對(duì)后備廂地毯能起到全面保護(hù)；電池表面的綠色油漆碎屑也會(huì)隨移動(dòng)板的移除一并帶走；輕軟質(zhì)拉手使用方便，移動(dòng)板自身重量也較輕。但是防刮條使用聚四氟乙烯材料，在移動(dòng)電池時(shí)仍比較費(fèi)力，通過(guò)測(cè)量至少需要145 N的拉力才能拉取電池。固定防刮條移動(dòng)板鋪設(shè)后的效果如圖6所示。

圖6 固定防刮條移動(dòng)板的應(yīng)用

3.3 蜂窩式移動(dòng)板的應(yīng)用

上述2種移動(dòng)板各有優(yōu)缺點(diǎn)，帶滾珠的移動(dòng)板對(duì)汽車的保護(hù)能力較差，但移動(dòng)電池較為省力；帶防刮條的保護(hù)板保護(hù)性好，但費(fèi)力。蜂窩式移動(dòng)板方案設(shè)計(jì)完成后，在西溪充換電站的應(yīng)用情況表明：移動(dòng)板在做到了輕量化的同時(shí)，對(duì)車輛的保護(hù)性能也非常優(yōu)秀。因移動(dòng)板使用了卡簧固定，維修十分方便。移動(dòng)電池時(shí)輕松省力，效果與板材上固定滾珠方案相當(dāng)。蜂窩式移動(dòng)板的應(yīng)用效果如圖7所示。

經(jīng)過(guò)對(duì)連續(xù)使用蜂窩式移動(dòng)板達(dá)4個(gè)月的車輛的調(diào)查統(tǒng)計(jì)，車輛后備廂均沒(méi)有出現(xiàn)破損，損壞率從原先的100%降到了1%以下。

4 結(jié)語(yǔ)

（1）電池移動(dòng)板是簡(jiǎn)單、便攜、實(shí)用的換電工具。實(shí)際使用情況表明，移動(dòng)板解決了電動(dòng)汽車電池在換電移動(dòng)時(shí)損壞車輛后備廂的問(wèn)題，同時(shí)使電動(dòng)車輛換電更為輕松省力。目前，該成果已被推廣使用。

（2）電池移動(dòng)板的研制符合環(huán)保要求，使用壽命長(zhǎng)，大大減少了車輛后備廂檢修次數(shù)，降低了維護(hù)成本，提高了工作效率，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

圖7 蜂窩式移動(dòng)板的應(yīng)用

[1]SONG Y H，YANG X，LU Z X．Integration of plug－in hybrid and electric vehicles：experience from China[C]// Proceedings of Power&Engineering Society General Meeting．Minneapolis，Minnesota，USA：IEEE，2010：1－5．

[2]張文亮，武斌，李武峰，等．我國(guó)純電動(dòng)汽車的發(fā)展方向及能源供給模式的探討[J]．電網(wǎng)技術(shù)，2009，33（4）∶1－5．

[3]陳良亮，張浩，倪峰，等．電動(dòng)汽車能源供給設(shè)施建設(shè)現(xiàn)狀與發(fā)展探討[J]．電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2011，35（14）∶11－17．

[4]SISTERNES F D．Plug－in electric vehicle introduction in the EU．SM thesis[D]．Cambridge，MA：MIT，2010．

[5]BHATTACHARYA T，GIRI V S，MATHEW K，et al．Multiphase bidirectional flyback converter topology for hybrid electric vehicles[J]．IEEE Trans．on Industrial Electronics，2009，56（1）∶78－84．

（本文編輯：龔 皓）

Development and Application of the Battery Moving Plate on Electric Vehicles Under Battery Swapping Modes

ZHONG Hengjian1，2，DAI Yongxia1，2
（1.State Grid Hangzhou Power Supply Company，Hangzhou 310009，China；2.State Grid Zhejiang Electric Vehicle Company，Hangzhou 310012，China）

Battery replacement is an important program for daily swapping of electric vehicles.For it lacks appurtenance to move batteries in boots of electric vehicles and ornaments of the boots can easily be damaged, this paper analyzes the main board and component materials reducing friction force of auxiliary moving plates in the boots.A new type of cellular battery moving plate is developed.Practical application shows that the battery moving plate enables easier battery replacement，improves safety and work efficiency and reduces boot overhaul and maintenance cost of electric vehicles.

electric vehicle；battery swapping mode；battery moving plate；development；application

U469.72

B

1007-1881（2015）04-0029-04

2014-09-19

鐘恒堅(jiān)（1974），男，助理政工師，從事電動(dòng)汽車充換電運(yùn)營(yíng)管理工作。