淺談商用車換電技術(shù)方案

王傳義　張順義

【摘? 要】本文針對商用車換電技術(shù)進行闡述，主要內(nèi)容包括換電框體總成零部件介紹、換電流程、鎖止機構(gòu)工作原理和換電技術(shù)方案，為讀者對后續(xù)換電系統(tǒng)部件開發(fā)及驗證給予一定的指導意義。

【關(guān)鍵詞】商用車；換電技術(shù)；鎖止機構(gòu)

中圖分類號：U463.6? ? 文獻標志碼：A? ? 文章編號：1003-8639（ 2023 ）09-0029-02

Discussion on the Technical Scheme of Commercial Vehicle Power Exchange

WANG Chuanyi，ZHANG Shunyi

（XCMG Automative Division，Xuzhou 221100，China）

【Abstract】This paper describes the power exchange technology of commercial vehicles，including the introduction of the power exchange frame assembly parts，the power exchange process，the working principle of the locking mechanism and the power exchange technical scheme，so that readers can give some guidance to the subsequent development and verification of the power exchange system components.

【Key words】commercial vehicle；power exchange technology；locking mechanism

作者簡介

王傳義（1996—），男，電氣工程師，研究方向為整車動力電池方案匹配和電器部件開發(fā)；張順義（1986—），男，工程師，研究方向為整車動力電池方案匹配和電器部件開發(fā)（通訊作者）。

在國家穩(wěn)步推進“雙碳”目標的背景下，商用車產(chǎn)業(yè)加速向綠色低碳化發(fā)展，多元化技術(shù)路線正逐步形成。如圖1所示，交通運輸領(lǐng)域是全球減碳行動的重要領(lǐng)域，催生新能源汽車需求，如圖2所示。換電模式作為快速提升充電速度和用戶體驗的技術(shù)路線，近年來得到快速發(fā)展，并且在商用車領(lǐng)域開始嶄露頭角。

另外，換電重卡采用車電分離的運營模式，能夠大幅減少用戶初期投入，直擊電動重卡價格高昂的痛點。在使用成本上，油電差價越大，換電重卡能耗成本低的優(yōu)勢就會愈發(fā)凸顯。因此，在市場需求和政策支持的推動下，商用車換電技術(shù)成為重卡電動化破局的可行路徑。

1? 換電框體總成介紹

不同于乘用車由一塊電池構(gòu)成整個換電系統(tǒng)，新能源商用車帶電量更大，往往電池系統(tǒng)不只包含一個電池箱體。重卡換電技術(shù)是將裝有電池系統(tǒng)在內(nèi)的換電框架看成一個總成，上框壓緊在底座上，底座連接在大梁上。換電底托和換電箱上框分離，實現(xiàn)換電過程。

1.1? 換電系統(tǒng)部件名稱及功能介紹

1）換電箱上框：電池箱結(jié)構(gòu)主體，用于承載電池箱內(nèi)部各設(shè)備的結(jié)構(gòu)部件，為電池箱換電做硬件支持。圖3為換電箱上框布置示意圖。

2）換電底托：安裝在車身大梁上，用于承載電池箱的結(jié)構(gòu)部件，具備鎖止及解鎖功能，配備母端連接器，為電池箱換電做硬件支持。圖4為換電底托布置示意圖。

3）電池PACK：電池箱儲能單元，具備充放電能力，可搭載BMS電池管理系統(tǒng)及TMS熱管理系統(tǒng)，實現(xiàn)對電池PACK自身的數(shù)據(jù)管理及熱管理[1]。

4）高壓配電盒：電池箱配電單元，根據(jù)控制單元的輸出指令，實現(xiàn)對電池箱的配電及保護功能。

5）低壓控制盒：電池箱控制單元，負責對電池箱邏輯控制、數(shù)據(jù)管理及與整車的信息交互。

6）水冷機組：電池箱制冷單元，為TMS熱管理系統(tǒng)冷卻功能的核心部件，通過冷卻液對電池PACK冷卻或加熱[2]。

7）膨脹水壺：TMS熱管理系統(tǒng)中冷卻液的補償裝置及系統(tǒng)保護裝置，通過自身存儲的冷卻液對熱管理系統(tǒng)的損耗進行補充，通過自身的膨脹功能及排氣功能均衡冷卻管路的壓力，防止管路內(nèi)液體因熱脹冷縮導致壓力過大而爆裂。

8）換電連接器：電池箱換電的關(guān)鍵部件，根據(jù)需要實現(xiàn)電池箱與整車之間電路的通斷，完成能量傳輸及數(shù)據(jù)交互。

9）直流充電槍座：電能傳輸?shù)慕涌谘b置，通過充電槍座實現(xiàn)對電池箱的充電操作[3]。

1.2? 換電框體總成開發(fā)需考慮的事項

1）匹配標準化換電站：新開發(fā)換電框架帶標準化換電底托，兼容多種不同電量電池包，適用不同換電場景。

2）框架副梁和大梁的匹配：大梁是否有折彎特征，斜撐與部分車型車輪或其它部件的干涉問題。

3）內(nèi)部水路、高低壓線束的固定，原則上每200mm有固定點，搭鐵孔的預留適應不同規(guī)格的標準電池箱等。

4）水冷機組的布置形式：比如布置最頂層、最底層或外置等。

2? 鎖止機構(gòu)工作原理介紹

電池上框落下→氣缸上鎖，鎖舌伸出壓住上框→活塞桿抱閘鎖緊。

氣缸活塞抱閘解除→氣缸解鎖，鎖舌縮進松開上框→電池上框吊取。

日常駐車，活塞氣缸抱閘邏輯順序：車輛啟動→工作→需要換電，在換電站車輛電腦發(fā)出充電指示“氣缸抱閘解除，活塞解鎖”→換電站行車更換電池框→換電站信息換電完成→鎖緊機構(gòu)電控指示氣控作業(yè)，氣缸上鎖，活塞抱閘→給車輛電腦指示，換電結(jié)束。

表1為換電檢驗綜合測試內(nèi)容，圖5為換電控制系統(tǒng)測試界面，換電流程如表2所示，標準換電站如圖6所示。

3? 重卡換電技術(shù)方案

1）后背式換電技術(shù)。如圖7左所示，其電池布置方案為傳統(tǒng)的換電框架，最高匹配437kWh電量，該布置雖能快速換電，但整車重心偏高，特殊工況下存在安全隱患。目前，重卡行業(yè)逐漸聚焦向底部換電方案。

2）底部換電技術(shù)。如圖7右所示，底部換電是底盤與電池一體化技術(shù)的成果，底部換電方案很多，根據(jù)不同車型布置需求，同時考慮開發(fā)投入，可分為：①整體框架布置電池箱體，利用標準電池箱進行集成設(shè)計，可實現(xiàn)性強，電池箱產(chǎn)品成熟，電量方案可選性強；②整體電池箱，將電池模組（MTB）或電芯（CTB）直接集成在框架中，集成度更高，需要電池廠需要重新認證換電箱體，開發(fā)費用高。

3）分體電池包：將布置于車架左中右的電池箱體看作單獨換電總成，換電機構(gòu)繁瑣，水路、線束插接件較多，輕量化水平低。

4? 總結(jié)

重卡已成為業(yè)內(nèi)公認的換電模式最佳適用車型。幾分鐘內(nèi)快速完成補能的換電模式，更適合重卡高頻運營的需求。積極研發(fā)具有優(yōu)良性能的換電技術(shù)是電動汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)，從下一步技術(shù)升級方向來看，重卡行業(yè)各車企將陸續(xù)推出更超前換電技術(shù)方案，加快電動汽車行業(yè)換電產(chǎn)業(yè)化的進程。

參考文獻：

[1] QCT 897—2011，電動汽車用電池管理系統(tǒng)技術(shù)條件[S].

[2] 肖成偉. 電動汽車工程手冊 第4卷 動力蓄電池[M]. 北京：機械工業(yè)出版社，2019.

[3] GB 18384—2020，電動汽車安全要求[S].

（編輯? 楊? 景）