純電動(dòng)汽車充電基座布置要點(diǎn)

宋麗

（泛亞汽車技術(shù)中心有限公司）

純電動(dòng)汽車相對(duì)于傳統(tǒng)燃油車最大的體驗(yàn)區(qū)別在于能源的補(bǔ)給方式。傳統(tǒng)的燃油車僅需幾分鐘就可以加滿燃料，而純電動(dòng)汽車則需要以充電的形式補(bǔ)充能量，這一過(guò)程所需的時(shí)間要遠(yuǎn)大于加油的操作。一般純電動(dòng)汽車會(huì)設(shè)置快充和慢充2 個(gè)充電接口，用戶時(shí)間充足的情況下建議使用慢充口對(duì)電池進(jìn)行充電，充滿一次電大約需要6～8 h；快充口做為直流大功率充電口，主流車型充滿電都可做到1 h 以內(nèi)。目前關(guān)于充電口的設(shè)計(jì)要求并沒有標(biāo)準(zhǔn)化的參考，文章從整車總布置的角度出發(fā)，結(jié)合客戶使用需求，得出了系統(tǒng)化的充電口布置要求，并對(duì)不同位置的充電口優(yōu)劣做了對(duì)比。

1 充電口的布置要求

目前我國(guó)對(duì)于充電口的布置位置并沒有嚴(yán)格的法規(guī)要求，綜合來(lái)說(shuō)，充電口在布置的過(guò)程中均要考慮到以下4 個(gè)方面。

1.1 整車安全要求

1.1.1 充電口的布置安全

在行駛過(guò)程中，充電口本身不帶電，但由于充電口通過(guò)高壓線連接到充電機(jī)，因此在布置過(guò)程中，需要考慮整車的高壓安全問題，盡量避免將充電口以及其線束布置在碰撞變形區(qū)內(nèi)，以防撞擊過(guò)程中由于鈑金件的變形引起高壓線束被擠壓或者割斷，帶來(lái)相關(guān)的安全風(fēng)險(xiǎn)[1]。

1.1.2 充電線的布置安全

由于充電線均屬于高壓線，除了盡量避免布置在碰撞變形區(qū)內(nèi)，還應(yīng)考慮與周邊信號(hào)線的相對(duì)距離，以免對(duì)其產(chǎn)生電磁干擾，影響信號(hào)的傳輸。另外，為了考慮乘客的安全與心理感知，應(yīng)盡量避免將高壓線布置在乘客艙內(nèi)。

1.2 用戶使用要求

純電動(dòng)汽車的充電頻率要遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)燃油車的加油頻率，因此充電時(shí)客戶操作的方便性也是布置充電口時(shí)必須要考慮的因素[2]。

1.2.1 充電口的位置高低

從人機(jī)工程的要求考慮，充電口不宜布置的過(guò)低，應(yīng)在客戶正常的可視范圍內(nèi)，并能輕松的完成充電槍的插拔動(dòng)作。考慮中國(guó)95%的人體比例，應(yīng)將充電口的高度設(shè)置在不低于空載地面線以上650 mm。

1.2.2 充電槍的插入角度

充電槍的插拔角度也需要在客戶舒適的發(fā)力角度內(nèi)，由于這一角度與充電口的高度也密切相關(guān)，可以在確定充電口高度后，通過(guò)評(píng)估的方式確定。某車型充電槍的插拔方向與水平面夾角約為60°，如圖1 所示。

圖1 某車型充電示意圖

1.2.3 充電槍/口的可見性

由于慢充時(shí)間較長(zhǎng)，再次使用車輛時(shí)駕駛員有遺忘充電的可能，充電口應(yīng)盡量設(shè)置在車頭正前方或駕駛員一側(cè)的車身結(jié)構(gòu)上，以保證駕駛員在上車時(shí)充電口的充電狀態(tài)可見。與此同時(shí)，也應(yīng)通過(guò)一些整車控制措施來(lái)檢測(cè)充電口的工作狀態(tài)，保證充電插頭插合時(shí)，車輛處于不可行駛狀態(tài)。

1.2.4 充電口附近的狀態(tài)指示燈或照明燈

由于充電口均設(shè)置在車輛外部，用戶在給車輛充電時(shí)，無(wú)法觀測(cè)到車內(nèi)儀表盤上的充電狀態(tài)，因此，用戶希望在充電口附近可以有標(biāo)示充電狀態(tài)（是否充滿電）的信號(hào)指示燈，如圖2 所示。另外，在夜晚或者能見度較低的環(huán)境下需要充電時(shí)，也應(yīng)有相應(yīng)的引導(dǎo)照明裝置。

圖2 某車型充電指示燈示意圖

1.3 充電小門的布置要求[3]

1.3.1 充電小門形式選擇

考慮車輛外觀以及充電口的密封與安全性，整車都會(huì)匹配有充電小門對(duì)其進(jìn)行遮蓋。目前市面上常見的充電小門有翻轉(zhuǎn)式與滑動(dòng)式2 種。

1）翻轉(zhuǎn)式充電小門。翻轉(zhuǎn)式小門是市面上最常見的開啟機(jī)構(gòu)，如圖3 所示。其與傳統(tǒng)車的加油小門基本一致。

圖3 翻轉(zhuǎn)式充電小門示意圖

2）滑動(dòng)式充電小門?；瑒?dòng)式小門一般通過(guò)連桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)小門沿某方向的平行滑動(dòng)，如圖4 所示。

圖4 滑動(dòng)式充電小門示意圖

滑動(dòng)式小門的背面不會(huì)外露，更加美觀。但連桿的運(yùn)動(dòng)較為復(fù)雜，成本高于鉸鏈旋轉(zhuǎn)臂，因此應(yīng)盡量將快、慢充電口集成布置在同一處，以節(jié)省整車費(fèi)用。

1.3.2 充電小門開關(guān)安全要求

充電小門從整車功能與安全角度考慮，應(yīng)不能從外部直接開啟，需要通過(guò)車內(nèi)控制或車輛電動(dòng)鑰匙進(jìn)行解鎖。另外，當(dāng)充電小門開啟時(shí)，車輛內(nèi)應(yīng)有相關(guān)的警示提示。因此，充電小門上應(yīng)考慮布置相應(yīng)的傳感器信號(hào)裝置。

1.3.3 充電小門強(qiáng)度要求

純電動(dòng)汽車充電頻率高，充電小門需要頻繁開啟或關(guān)閉。因此充電小門的結(jié)構(gòu)剛度應(yīng)不低于傳統(tǒng)加油小門的結(jié)構(gòu)剛度要求（2.5 N/mm），另外耐久性能也要高于傳統(tǒng)的加油小門，并且其周邊搭接零件的剛度與強(qiáng)度也應(yīng)考慮適當(dāng)?shù)募訌?qiáng)。圖5 示出某車型將充電小門設(shè)計(jì)在翼子板上，翼子板需要增加焊接支架來(lái)增加局部強(qiáng)度。

圖5 某車型充電小門周邊翼子板加強(qiáng)框示意圖

1.3.4 小門開啟包絡(luò)要求

需要注意小門的運(yùn)動(dòng)包絡(luò)與充電口蓋的距離，推薦最小為8 mm，如圖6 所示。充電小門開啟后需避讓充電槍包絡(luò)以及手操作空間。

圖6 充電小門到充電口蓋的最小距離推薦示意圖

1.3.5 造型整體需求

充電口的布置位置與造型的關(guān)系也十分密切。一般來(lái)講，基于制造工藝要求，充電口門分縫線與側(cè)圍特征線的間隙應(yīng)大于25 mm，至少保證15 mm，與側(cè)圍其他分縫線距離應(yīng)大于25 mm，如圖7 所示。

圖7 充電小門開口與周邊特征線/分縫線的距離要求示意圖

1.4 充電座的設(shè)計(jì)要求

2015 年我國(guó)發(fā)布的《電動(dòng)汽車傳導(dǎo)充電用連接裝置》標(biāo)準(zhǔn)（下文簡(jiǎn)述為標(biāo)準(zhǔn)）中，涉及到充電口布置的要求主要有 2 點(diǎn)[4]。

1.4.1 充電座的防護(hù)要求

標(biāo)準(zhǔn)中，要求車輛側(cè)充電接口應(yīng)有配屬的防護(hù)裝置，以確保插頭和插座未插合時(shí)滿足防護(hù)等級(jí)IP54 的要求。因此充電座保護(hù)蓋是不可忽視的，一般有彈開式、插拔式及充電小門集成一體式，如圖8 所示。

圖8 電動(dòng)汽車充電座保護(hù)蓋形式

1.4.2 電子鎖的解鎖拉索布置

在充電過(guò)程中，充電槍與充電接口應(yīng)具有鎖止功能，防止充電過(guò)程中意外斷開。而為了防止電子鎖失效，也需要在車輛插座上安裝備用的機(jī)械解鎖裝置。目前機(jī)械解鎖裝置一般通過(guò)拉索實(shí)現(xiàn)，拉索一般布置在靠近充電基座附近的位置，如圖9 所示。

圖9 某車型充電槍拉索位置示意圖

2 充電口的布置位置

充電口在整車的位置選擇一方面要考慮充電裝置，另一方面要考慮整車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的整體布置。

2.1 充電裝置簡(jiǎn)介

純電動(dòng)汽車的快充常見的充電方式大致有以下3 類[5-6]。

2.1.1 便攜充電

便攜充電是指使用隨車附帶的便攜充電線連接普通家用插座充電，如圖10 所示。由于充電速度慢，該方式只能做為一種輔助的充電方式。

圖10 便攜式充電樁設(shè)置

2.1.2 家用充電樁

家用充電樁是最常見的一種充電樁，如圖11 所示。一般分為壁掛式和立式2 種，充電電壓為220 V，一般在6～8 h 內(nèi)完成充電，收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)為民用電費(fèi)。此充電方式較為便捷。

圖11 某地下停車場(chǎng)充電樁設(shè)置

2.1.3 公共充電樁

公共充電樁一般分為快充和慢充，如圖12 所示。

圖12 公共充電樁設(shè)置示意圖

統(tǒng)計(jì)目前家用以及充電站中的充電樁位置，可以發(fā)現(xiàn)充電樁位置設(shè)置在車頭（尾）側(cè)以及車位四角的比例略高于設(shè)置在車身側(cè)。由此來(lái)看，將充電口設(shè)置在靠近車頭或車尾側(cè)更加方便客戶進(jìn)行充電操作。

2.2 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)整體布置考慮

對(duì)于純電動(dòng)汽車，充電基座需要通過(guò)線束與其他驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)零件相連?？紤]線束價(jià)格和功率損耗，應(yīng)盡量減短線束長(zhǎng)度。因此充電基座應(yīng)盡量靠近充電模塊。

2.3 充電口位置的市場(chǎng)現(xiàn)狀分析

統(tǒng)計(jì)目前國(guó)內(nèi)銷量較高的26 款純電動(dòng)車的充電口位置，按照車頭位置（包括標(biāo)牌與格柵）、左前翼子板、右前翼子板、左后側(cè)圍、右后側(cè)圍、車尾位置，劃分為6 個(gè)區(qū)域進(jìn)行歸納，如圖13 所示。

圖13 充電口位置劃分示意圖

充電口位置分布最終統(tǒng)計(jì)情況，如圖14 所示。充電口布置在車輛的左右側(cè)的比例基本相同?？斐浜吐淇诘南鄬?duì)布置位置統(tǒng)計(jì)，如圖15 所示。除combo 式集成充電口外，約一半的純電動(dòng)汽車選擇將快充口與慢充口分離布置，這主要是由于很多純電動(dòng)汽車是在傳統(tǒng)車架構(gòu)基礎(chǔ)上進(jìn)行開發(fā)的，因此會(huì)沿用傳統(tǒng)車車身上的加油口作為其中一個(gè)充電口；在集成布置充電口的車輛中，超過(guò)大半的車輛將集成充電口布置在車頭處，小部分的車輛選擇放在后側(cè)圍上。

圖14 參選調(diào)研的26 款純電動(dòng)汽車充電口位置分布

圖15 充電口布置形式統(tǒng)計(jì)

將快充口與慢充口集成布置的策略可以減少一個(gè)充電門系統(tǒng)，節(jié)省費(fèi)用，但相應(yīng)需要的布置空間會(huì)增大。從集成式充電口的位置選擇來(lái)看，大部分集成式充電口布置在了車頭處，主要考慮以下3 個(gè)方面：1）造型方面：車頭處的隔柵、標(biāo)牌的造型面較為平整，便于增加充電口特征。2）布置空間方面：新能源汽車由于前艙布置空間相對(duì)傳統(tǒng)車充裕，車頭處空間較大，線束、管路較少，因此更利于充電口的布置。3）成本方面：一般新能源車的充電模塊、電機(jī)等部件均布置在前艙，因此，將充電口前置相對(duì)來(lái)講走線更短，成本更低。

3 結(jié)論

通過(guò)對(duì)市場(chǎng)現(xiàn)有純電動(dòng)汽車的分析以及各類充電樁的統(tǒng)計(jì)，歸納出了常用的充電口布置位置。從布置要求來(lái)看，首先新能源汽車由于前艙布置空間相對(duì)傳統(tǒng)車充裕，車頭處空間較大，線束、管路較少，因此更利于充電口的布置。其次考慮造型方面的特征，一般車頭處的隔柵、標(biāo)牌的造型面較為平整，更加便于增加充電口特征。從客戶使用感覺來(lái)看，應(yīng)盡量將充電口布置在車頭或車輛靠前方位置，更加便于觀察以及操作。從成本投入考慮，若充電模塊、電機(jī)、電池等部件均布置在車輛前側(cè)，那么將充電口前置相對(duì)來(lái)講走線更短，成本更低。但也有部分新能源車是在傳統(tǒng)車上進(jìn)行改型開發(fā)，還需考慮鈑金的共用策略以及模具費(fèi)用等。