王文濤，崔永瑞，王斌，吳澤勛

（重慶睿藍(lán)汽車研究院有限公司，重慶 400700）

引言

隨著純電動(dòng)汽車在國內(nèi)市場的大力發(fā)展，傳統(tǒng)車企和造車新勢力紛紛投入純電動(dòng)車領(lǐng)域，涌現(xiàn)了一大批新能源造車勢力，傳統(tǒng)車企涌現(xiàn)了如極氪、深藍(lán)、埃安燈汽車品牌，新勢力車企涌現(xiàn)了如蔚來、小鵬、零跑、哪吒、理想等品牌。對于純電動(dòng)汽車，續(xù)航和充電時(shí)間仍然是限制其發(fā)展的難點(diǎn)[1]，所以靈活的補(bǔ)能方式顯得尤為重要，出現(xiàn)了快充、慢充、電池膠囊模塊化等多樣化補(bǔ)能方式。國家在推廣純電動(dòng)汽車發(fā)展的同時(shí)，也在推廣汽車“換電”、“車電分離”技術(shù)的發(fā)展，鼓勵(lì)充換電結(jié)合發(fā)展[2]，國內(nèi)各大主機(jī)廠紛紛入局換電模式，截止目前，國內(nèi)大部分主機(jī)廠幾乎均已布局換電技術(shù)領(lǐng)域。

對于換電汽車，換電機(jī)構(gòu)是連接電池和車輛的核心部件，同時(shí)也是車輛與換電站的連接橋梁，其重要程度不言而喻[3]。目前市場上的純電動(dòng)汽車換電機(jī)構(gòu)絕大部分為底盤換電[4]，底盤區(qū)域腐蝕環(huán)境惡劣，濕熱、酸雨、冬季融雪鹽等因素對腐蝕影響非常大，在嚴(yán)重腐蝕條件下，如何保證換電機(jī)構(gòu)的防腐蝕可靠性及穩(wěn)定性，是換電汽車必須要研究解決的重要問題。目前針對換電機(jī)構(gòu)防腐性能的研究還鳳毛麟角，在換電模式快速發(fā)展的背景下，開展換電機(jī)構(gòu)的防腐性能研究對整車企業(yè)以及行業(yè)發(fā)展都具有重要實(shí)際意義。

本文通過針對純電動(dòng)換電汽車換電機(jī)構(gòu)的防腐性能進(jìn)行設(shè)計(jì)，策劃了換電機(jī)構(gòu)防腐性能驗(yàn)證方案，通過零部件腐蝕試驗(yàn)進(jìn)行系統(tǒng)驗(yàn)證，通過整車道路強(qiáng)化腐蝕試驗(yàn)進(jìn)行耐腐蝕可靠性驗(yàn)證，進(jìn)而建立一套防腐性能優(yōu)異、耐久性能穩(wěn)定可靠的換電機(jī)構(gòu)，支撐純電動(dòng)換電汽車的發(fā)展。

1 方案設(shè)計(jì)

本文研究的純電動(dòng)汽車換電機(jī)構(gòu)（如圖1 所示）主要包含換電鎖體上鎖體本體，下鎖體本體，上鎖體蓋板，下鎖體固定螺母，鎖止鋼球等機(jī)構(gòu)組成；

圖1 換電鎖體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖示

換電機(jī)構(gòu)鎖體選材設(shè)計(jì)方面，充分考慮汽車底盤區(qū)域的腐蝕環(huán)境影響，在設(shè)計(jì)定義時(shí)，選用針對防腐效果較好的材質(zhì)和防腐性能較好的表面處理工藝；換電鎖體的上鎖體本體、下鎖體本體、下鎖體固定螺母選用40Cr材質(zhì)，采用鍍鋅鎳的表面處理工藝；40Cr 是一種優(yōu)質(zhì)的合金結(jié)構(gòu)鋼，具有良好的淬透性和力學(xué)性能，經(jīng)淬火+回火后具有優(yōu)秀的耐磨性能和耐腐蝕性能，經(jīng)熱處理后再進(jìn)行鍍鋅鎳處理，可以大大提升鎖體的耐腐蝕性能和耐磨性能，從材料源頭減少鎖體腐蝕的影響。

換電鎖體的上鎖體蓋板選用SUS304 不銹鋼材質(zhì)，SUS304 是一種優(yōu)質(zhì)的不銹鋼材料，具有良好的耐腐蝕性能和機(jī)械性能。

換電鎖體中的鎖止鋼球選用GCr15 材質(zhì)，GCr15 是一種合金含量較少、應(yīng)用較為廣泛的高碳鉻軸承鋼，經(jīng)過淬火+回火后，具有較高的硬度、良好的耐磨性、較高的接觸疲勞性能和良好的耐腐蝕性能，熱處理后鋼球表面再進(jìn)行潤滑脂涂覆，潤滑脂具有良好的抗極壓性，可以減少鋼球的磨損，潤滑脂優(yōu)異的鋼網(wǎng)分油性能保證潤滑脂具備良好的附著性，進(jìn)一步提升鋼球的耐腐蝕性能和鎖止運(yùn)動(dòng)的潤滑性。

本文研究的純電動(dòng)汽車換電機(jī)構(gòu)，充分考慮該部件在汽車上的應(yīng)用腐蝕環(huán)境，結(jié)合換電鎖體結(jié)構(gòu)，從零部件的材料選型設(shè)計(jì)和表面處理工藝設(shè)計(jì)兩方面，充分考慮換電鎖體的防腐性能設(shè)計(jì)，力求設(shè)計(jì)的換電鎖體的防腐性能滿足純電動(dòng)汽車應(yīng)用的要求。

2 試驗(yàn)策劃

為了充分驗(yàn)證換電鎖體機(jī)構(gòu)的耐腐蝕性能和耐腐蝕可靠性能，本文從系統(tǒng)防腐性能驗(yàn)證和整車道路強(qiáng)化腐蝕試驗(yàn)驗(yàn)證考慮，全面策劃了換電鎖體機(jī)構(gòu)系統(tǒng)防腐性能試驗(yàn)驗(yàn)證和整車道路強(qiáng)化腐蝕試驗(yàn)驗(yàn)證。

換電鎖體機(jī)構(gòu)系統(tǒng)防腐性能試驗(yàn)驗(yàn)證，依據(jù)GB/T 10125-2021《人造氣氛腐蝕試驗(yàn) 鹽霧試驗(yàn)》[3]的試驗(yàn)方法，開展中性鹽霧試驗(yàn)720 h，檢查換電鎖體機(jī)構(gòu)表面腐蝕表現(xiàn)和換電機(jī)構(gòu)鎖止功能狀態(tài)。

換電鎖體機(jī)構(gòu)搭載整車道路強(qiáng)化腐蝕試驗(yàn)驗(yàn)證，依據(jù)QC/T 732-2005《乘用車強(qiáng)化腐蝕試驗(yàn)方法》[4]的試驗(yàn)方法，開展整車強(qiáng)化腐蝕試驗(yàn)100 循環(huán)，每開展10 個(gè)循環(huán)試驗(yàn)后，檢查換電鎖體機(jī)構(gòu)表面腐蝕表現(xiàn)和換電鎖體機(jī)構(gòu)鎖止功能狀態(tài)。

3 試驗(yàn)驗(yàn)證

3.1 零部件系統(tǒng)中性鹽霧試驗(yàn)

換電鎖體機(jī)構(gòu)零部件系統(tǒng)防腐性能試驗(yàn)驗(yàn)證，依據(jù)GB/T 10125-2021《人造氣氛腐蝕試驗(yàn) 鹽霧試驗(yàn)》的試驗(yàn)方法，中性鹽霧試驗(yàn)720 h，試驗(yàn)結(jié)果如圖2 所示。

圖2 換電鎖體中性鹽霧試驗(yàn)前后狀態(tài)

由圖2 換電鎖體中性鹽霧試驗(yàn)前后狀態(tài)結(jié)果分析，換電鎖體開展中性鹽霧試驗(yàn)720 h 后，換電鎖體機(jī)構(gòu)上下鎖體表面未出現(xiàn)腐蝕問題，換電鎖體機(jī)構(gòu)鎖止功能未出現(xiàn)失效問題，滿足換電鎖體零部件中性鹽霧試驗(yàn)720 h后無銹蝕、功能未失效的防腐性能設(shè)計(jì)技術(shù)要求。

3.2 整車道路強(qiáng)化腐蝕試驗(yàn)驗(yàn)證

換電鎖體機(jī)構(gòu)零部件系統(tǒng)防腐性能驗(yàn)證滿足設(shè)計(jì)要求后，進(jìn)一步搭載整車道路強(qiáng)化腐蝕試驗(yàn)，驗(yàn)證模擬整車行車和換電狀態(tài)下?lián)Q電鎖體機(jī)構(gòu)的耐腐蝕性能和耐久可靠性能。

整車道路強(qiáng)化腐蝕試驗(yàn)依據(jù)QC/T 732-2005《乘用車強(qiáng)化腐蝕試驗(yàn)方法》的試驗(yàn)方法進(jìn)行，開展整車強(qiáng)化腐蝕試驗(yàn)100 循環(huán)，每10 個(gè)循環(huán)試驗(yàn)后，檢查換電鎖體機(jī)構(gòu)表面腐蝕狀態(tài)和換電鎖體機(jī)構(gòu)鎖止功能狀態(tài)，檢查結(jié)果如表1 所示。

表1 整車道路強(qiáng)化腐蝕試驗(yàn)中換電鎖體腐蝕表現(xiàn)

通過表1 整車道路強(qiáng)化腐蝕試驗(yàn)中換電鎖體腐蝕表現(xiàn)結(jié)果，分析換電機(jī)構(gòu)上鎖體在整車強(qiáng)化腐蝕試驗(yàn)中的腐蝕表現(xiàn)如圖3 所示，分析換電鎖體下鎖體在整車強(qiáng)化腐蝕試驗(yàn)中的腐蝕表現(xiàn)如圖4 所示，換電機(jī)構(gòu)上下鎖體腐蝕表現(xiàn)趨勢基本一致。

圖3 上鎖體整車強(qiáng)化腐蝕試驗(yàn)中腐蝕表現(xiàn)

圖4 下鎖體整車強(qiáng)化腐蝕試驗(yàn)中腐蝕表現(xiàn)

通過整車道路強(qiáng)化腐蝕試驗(yàn)驗(yàn)證，針對換電鎖體腐蝕表現(xiàn)分析，10 個(gè)循環(huán)試驗(yàn)后，換電鎖體機(jī)構(gòu)上下鎖體表面未出現(xiàn)腐蝕問題，腐蝕表現(xiàn)等級(jí)評價(jià)為0 級(jí)，鎖止功能評價(jià)未失效。20 個(gè)循環(huán)試驗(yàn)后，換電鎖體機(jī)構(gòu)上下鎖體表面未出現(xiàn)腐蝕問題，腐蝕表現(xiàn)等級(jí)評價(jià)為0 級(jí)，鎖止功能評價(jià)未失效。30 個(gè)循環(huán)試驗(yàn)后，換電鎖體機(jī)構(gòu)上下鎖體表面出現(xiàn)了微量腐蝕，腐蝕表現(xiàn)等級(jí)評價(jià)為1級(jí)，鎖止功能評價(jià)未失效。50 個(gè)循環(huán)試驗(yàn)后，換電鎖體機(jī)構(gòu)上下鎖體表面出現(xiàn)了輕度腐蝕銹點(diǎn)，腐蝕表現(xiàn)等級(jí)評價(jià)為3 級(jí)，鎖止功能評價(jià)未失效。一直到100 循環(huán)試驗(yàn)結(jié)束，換電鎖體機(jī)構(gòu)上下鎖體表面腐蝕表現(xiàn)未出現(xiàn)大的銹點(diǎn)，且表面銹蝕面積未超過零件總面積的25 %，腐蝕表現(xiàn)一直保持在腐蝕等級(jí)3 級(jí)，鎖止功能評價(jià)未失效。

經(jīng)過整車道路強(qiáng)化腐蝕試驗(yàn)驗(yàn)證，本文設(shè)計(jì)的換電鎖體方案防腐性能和耐久穩(wěn)定性能優(yōu)異，滿足純電動(dòng)換電汽車的設(shè)計(jì)要求。

4 結(jié)論

綜合以上純電動(dòng)汽車換電結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)分析和驗(yàn)證結(jié)果分析可以看出：本文主要從純電動(dòng)汽車換電機(jī)構(gòu)換電鎖體材質(zhì)選型和表面處理工藝選型，針對純電動(dòng)汽車換電鎖體機(jī)構(gòu)的防腐性能進(jìn)行設(shè)計(jì)，并通過零部件系統(tǒng)腐蝕試驗(yàn)驗(yàn)證和整車道路強(qiáng)化腐蝕試驗(yàn)驗(yàn)證，能夠滿足純電動(dòng)汽車換電的使用要求。

通過本文純電動(dòng)汽車換電機(jī)構(gòu)防腐性能設(shè)計(jì)及驗(yàn)證研究，建立了一套防腐性能優(yōu)異、耐久性能穩(wěn)定可靠的換電機(jī)構(gòu)和一套驗(yàn)證換電機(jī)構(gòu)可靠的防腐性能試驗(yàn)方案，支撐純電動(dòng)換電汽車的發(fā)展。