王傳義　張順義

【摘? 要】本文針對(duì)商用車換電技術(shù)進(jìn)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(jī)構(gòu)工作原理和換電技術(shù)方案，為讀者對(duì)后續(xù)換電系統(tǒng)部件開(kāi)發(fā)及驗(yàn)證給予一定的指導(dǎo)意義。

【關(guān)鍵詞】商用車；換電技術(shù)；鎖止機(jī)構(gòu)

中圖分類號(hào)：U463.6? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? 文章編號(hào)：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(jiǎn)介

王傳義（1996—），男，電氣工程師，研究方向?yàn)檎噭?dòng)力電池方案匹配和電器部件開(kāi)發(fā)；張順義（1986—），男，工程師，研究方向?yàn)檎噭?dòng)力電池方案匹配和電器部件開(kāi)發(fā)（通訊作者）。

在國(guó)家穩(wěn)步推進(jìn)“雙碳”目標(biāo)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(yùn)輸領(lǐng)域是全球減碳行動(dòng)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(yàn)的技術(shù)路線，近年來(lái)得到快速發(fā)展，并且在商用車領(lǐng)域開(kāi)始嶄露頭角。

另外，換電重卡采用車電分離的運(yùn)營(yíng)模式，能夠大幅減少用戶初期投入，直擊電動(dòng)重卡價(jià)格高昂的痛點(diǎn)。在使用成本上，油電差價(jià)越大，換電重卡能耗成本低的優(yōu)勢(shì)就會(huì)愈發(fā)凸顯。因此，在市場(chǎng)需求和政策支持的推動(dòng)下，商用車換電技術(shù)成為重卡電動(dòng)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(gè)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(gè)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(gè)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(shí)現(xiàn)換電過(guò)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(chǔ)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(shí)現(xiàn)對(duì)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(shí)現(xiàn)對(duì)電池箱的配電及保護(hù)功能。

5）低壓控制盒：電池箱控制單元，負(fù)責(zé)對(duì)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(jī)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(guò)冷卻液對(duì)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(bǔ)償裝置及系統(tǒng)保護(hù)裝置，通過(guò)自身存儲(chǔ)的冷卻液對(duì)熱管理系統(tǒng)的損耗進(jìn)行補(bǔ)充，通過(guò)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(dǎo)致壓力過(guò)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(shí)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(guò)充電槍座實(shí)現(xiàn)對(duì)電池箱的充電操作[3]。

1.2? 換電框體總成開(kāi)發(fā)需考慮的事項(xiàng)

1）匹配標(biāo)準(zhǔn)化換電站：新開(kāi)發(fā)換電框架帶標(biāo)準(zhǔn)化換電底托，兼容多種不同電量電池包，適用不同換電場(chǎng)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(wèn)題。

3）內(nèi)部水路、高低壓線束的固定，原則上每200mm有固定點(diǎn)，搭鐵孔的預(yù)留適應(yīng)不同規(guī)格的標(biāo)準(zhǔn)電池箱等。

4）水冷機(jī)組的布置形式：比如布置最頂層、最底層或外置等。

2? 鎖止機(jī)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(jìn)松開(kāi)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(dòng)→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(jī)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(yàn)綜合測(cè)試內(nèi)容，圖5為換電控制系統(tǒng)測(cè)試界面，換電流程如表2所示，標(biāo)準(zhǔn)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(shí)考慮開(kāi)發(fā)投入，可分為：①整體框架布置電池箱體，利用標(biāo)準(zhǔn)電池箱進(jìn)行集成設(shè)計(jì)，可實(shí)現(xiàn)性強(qiáng)，電池箱產(chǎn)品成熟，電量方案可選性強(qiáng)；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(rèn)證換電箱體，開(kāi)發(fā)費(fèi)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(dú)換電總成，換電機(jī)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(rèn)的換電模式最佳適用車型。幾分鐘內(nèi)快速完成補(bǔ)能的換電模式，更適合重卡高頻運(yùn)營(yíng)的需求。積極研發(fā)具有優(yōu)良性能的換電技術(shù)是電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)，從下一步技術(shù)升級(jí)方向來(lái)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(dòng)汽車行業(yè)換電產(chǎn)業(yè)化的進(jìn)程。

參考文獻(xiàn)：

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

[2] 肖成偉. 電動(dòng)汽車工程手冊(cè) 第4卷 動(dòng)力蓄電池[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2019.

[3] GB 18384—2020，電動(dòng)汽車安全要求[S].

（編輯? 楊? 景）