蔣繼婷　孟祥虎

【摘 要】文章主要針對純電動重卡換電站換電流程、換電控制器與換電站信息交互流程、換電控制器功能定義、換電控制器針腳定義、換電控制器通信協(xié)議等方面進行闡述，對純電動商用車后續(xù)換電方案及換電控制器設(shè)計具有指導(dǎo)意義。

【關(guān)鍵詞】純電動重卡；換電站換電流程；換電控制器功能

中圖分類號：U469.72 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-8639（ 2024 ）10-0004-03

Study on Function of Pure Electric Heavy Truck Power Change Controller

JIANG Jiting，MENG Xianghu

（Xuzhou XCMG Auto Manufacturing Co.，Ltd.，Xuzhou 221100，China）

【Abstract】This paper mainly expounds the battery swap process of pure electric heavy truck battery swap station，the information interaction process between battery swap controller and battery swap station，the function definition of battery swap controller，the definition of battery swap controller pins，and the communication protocol of battery swap controller，ETC.，which has guiding significance for the follow-up battery swap scheme and battery swap controller design of pure electric commercial vehicles.

【Key words】pure electric heavy truck；battery swap station battery swap process；battery swap controller function

作者簡介

蔣繼婷（1988—），女，工程師，碩士，主要從事商用車CAN網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計及新能源三電系統(tǒng)設(shè)計工作；

孟祥虎（1985—），男，工程師，碩士，主要研究方向為汽車電子電器和駕駛輔助。

1 引言

《新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2021—2035年）》指出：發(fā)展新能源汽車是中國從汽車大國邁向汽車強國的必由之路，是應(yīng)對氣候變化、推動綠色發(fā)展的戰(zhàn)略舉措[1]。近年來，在多項國家政策的支持下，新能源汽車作為中國重要的戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)之一發(fā)展勢頭強勁。

在推廣新能源汽車過程中，面臨的主要問題是充電難、充電慢、續(xù)航里程短。換電模式作為新能源汽車重要的補電方式，其補電方便快捷、效率高的特點吸引了相關(guān)企業(yè)的目光。政策的支持加上資本的涌入，換電技術(shù)得到了快速發(fā)展，不斷走向成熟，成為未來電動汽車補電方式的重要技術(shù)路線，也在純電動商用車領(lǐng)域占有重要的一席之地。

目前電動重卡換電模式主要有3種方式：頂?shù)跏綋Q電、單側(cè)整體式換電、雙側(cè)整體式換電[2]。本文主要針對頂?shù)跏綋Q電模式展開介紹。

2 換電站換電流程

純電動重卡頂?shù)跏綋Q電總成由換電上框和換電底托組成。換電底托固定在車架上，換電上框靠機械結(jié)構(gòu)鎖和換電連接器實現(xiàn)與換電底托物理和電氣的連接，如圖1所示。

換電上框總成內(nèi)裝有電池包、電池管理控制單元、高壓控制單元、熱管理控制單元及相關(guān)的高低壓線束和管路，通過吊裝更換換電上框?qū)崿F(xiàn)車輛快速補能。整車換電過程在換電站進行，具體換電流程如下。

1）車輛進入換電站換電位置進行車輛身份識別。如果車輛身份識別不正確，提示非法進入，需離開換電站區(qū)域。

2）車輛身份正確識別后進行位置檢測。如果車輛位置檢測異常，需要重新進入換電位置。

3）車輛停放位置檢測成功后，換電站給車輛下發(fā)解鎖指令。車輛執(zhí)行解鎖指令并判定解鎖狀態(tài)，將已解鎖狀態(tài)上傳到換電站。如果解鎖未成功，需要人工干預(yù)。

4）換電站收到車輛上傳的解鎖狀態(tài)，開始執(zhí)行換電流程，完成換電操作。

5）換電完成后，換電站向車輛發(fā)送上鎖指令。車輛收到指令后，執(zhí)行上鎖動作并判斷上鎖狀態(tài)，上傳上鎖狀態(tài)。如果車輛未上鎖成功，需要人工干預(yù)。

6）換電完成后，換電站可通知駕駛員將車輛駛出。

3 換電控制器功能定義

根據(jù)上述換電站換電的流程可以看出車輛上需要安裝一個具備接收換電站指令并且能操縱整車機構(gòu)完成換電站指令功能的控制單元，這個控制單元就是換電控制器。換電控制器功能的定義主要依據(jù)換電站換電流程、整車功能要求、換電總成機械及電氣設(shè)計。換電控制器的幾個主要功能如下。

1）換電控制器需要接收換電站發(fā)送的各類指令，并將車輛上各種狀態(tài)信息反饋到換電站，目前整車與換電站一般采用WIFI進行數(shù)據(jù)交換，故換電控制器需要具備WIFI通信功能。圖2為換電控制器與換電站通信流程。

換電控制器與換電站通信的數(shù)據(jù)格式和內(nèi)容沒有相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，雙方約定即可。數(shù)據(jù)格式一般包括開始域、數(shù)據(jù)長度、數(shù)據(jù)域、通信代碼、結(jié)束幀等。整車發(fā)給換電站的數(shù)據(jù)內(nèi)容一般包括電池信息、整車上下電狀態(tài)、換電連接器狀態(tài)、上鎖解鎖狀態(tài)等，換電站主要給車輛發(fā)送解鎖、上鎖等各類指令及傳遞換電進度等信息。

2）換電控制器接收到換電站上鎖、解鎖指令后，用硬線方式控制氣缸電磁閥，執(zhí)行機構(gòu)通過機械結(jié)構(gòu)伸縮或其他形式的變化來實現(xiàn)換電上框和換電底托的鎖止和解鎖動作。

完成機械鎖止、解鎖動作后，傳感器開關(guān)信號通過硬線方式反饋上鎖、解鎖的狀態(tài)，換電控制器根據(jù)反饋信號進行解鎖、鎖止、鎖止故障等信息的判斷。

3）換電上框和換電底托電氣連接狀態(tài)通過電氣信號進行檢測，如果換電控制器通過換電連接器可以接收到檢測信號，則認為換電上框和換電底托是電氣連接狀態(tài)，否則為未連接狀態(tài)。

4）換電連接器是電池箱換電的關(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[3]。換電連接器連接高低壓線束，如圖3所示。為防止高壓線路溫度過高，需要安裝溫度傳感器進行溫度檢測，溫度傳感器信號硬線連接到換電控制器，故換電控制器需要具備溫度檢測功能。

換電控制器控制機械鎖、檢測換電連接器連接狀態(tài)、溫度檢測的工作原理如圖4所示。

5）RutkAaF9FxUP7ERT/o+gFtT0bcHirftM25n3Gj/stV8=上述機械鎖止、解鎖的位置傳感器信號、電氣連接信號和溫度檢測信號，經(jīng)換電控制器處理后以CAN信號的形式發(fā)送到整車其他零部件，比如BMS上高壓時需要判斷鎖止?fàn)顟B(tài)，儀表需要顯示機械鎖止、解鎖狀態(tài)和換電連接器狀態(tài)。換電控制器也需要通過CAN接收整車信息（比如：車輛高低壓狀態(tài)）上傳給換電站。故換電控制器還需要具備CAN收發(fā)功能。

6）如果想將換電信息上傳到企業(yè)汽車管理平臺，或者需要OTA遠程升級功能，需要換電控制器具備4G通信、遠程診斷、遠程升級功能。

綜上所述換電控制器需要具備如下功能，見表1。

4 換電控制器針腳定義

根據(jù)換電控制器的功能定義，可以看出換電控制器硬件上需要具備數(shù)字輸入、輸出接口、CAN通信接口、模擬量輸入接口等。另外除了供電電源接口外，為減少整車功耗，需要增加喚醒針腳。換電控制器在行車過程中，需要將換電總成的數(shù)據(jù)傳輸給整車其他零部件，在充電過程中BMS需要進行換電總成鎖止?fàn)顟B(tài)的判斷，故喚醒信號需要整車ON電和A+信號。表2為換電控制器的針腳定義。

5 CAN通信協(xié)議設(shè)計

從功能描述可知換電控制器需要采集機械鎖止或解鎖信號、換電連接器連接信號、溫度傳感器信號，通過CAN總線傳遞給整車其他零部件。換電控制器發(fā)送的CAN信息一般包括以下內(nèi)容。

1）機械鎖狀態(tài)——鎖止?fàn)顟B(tài)、解鎖狀態(tài)。

2）換電連接器連接狀態(tài)——連接、未連接。

3）換電連接器溫度值。

4）系統(tǒng)故障狀態(tài)。根據(jù)換電連接器溫度值，判斷換電連接器溫度過高故障。溫度值不同，故障等級不同，一般分為3個故障等級。如果機械鎖機構(gòu)或反饋信號出現(xiàn)問題，還需要換電控制器判斷出其故障狀態(tài)。

換電控制器發(fā)送的報文周期一般為100ms，CAN通信協(xié)議內(nèi)容見表3。

6 結(jié)論

換電模式作為新能源汽車一種重要的補電方式，能夠很好地解決充電效率問題、里程焦慮問題，也促進了新能源汽車的發(fā)展。換電控制器作為新能源換電汽車的核心零部件，需要更多地關(guān)注其功能的開發(fā)與優(yōu)化。本文主要介紹了換電站換電流程、換電控制器功能、換電控制器針腳定義、換電控制器CAN通信協(xié)議，詳細介紹了換電控制器功能和實現(xiàn)方式，為后續(xù)換電控制器的匹配或開發(fā)工作起到了參考與指導(dǎo)意義。

參考文獻：

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（編輯 楊凱麟）